压电式传感器PPT课件

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1、第第6 6章章 压电式传感器压电式传感器 压电式传感器是一种有源的双向机电压电式传感器是一种有源的双向机电传感器。它的工作原理是基于压电材传感器。它的工作原理是基于压电材料的压电效应。石英晶体的压电效应料的压电效应。石英晶体的压电效应早在早在1680年即已发现，年即已发现，1948年制作出年制作出第一个石英传感器。第一个石英传感器。下页下页返回返回第第6 6章章 压电式传感器压电式传感器6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理-压电效应压电效应6.2 影响压电传感器的因素影响压电传感器的因素6.3 压电材料压电材料6.4 等效电路等效电路6.5 测量电路测量电路6.6 压电式传感器

2、的应用举例压电式传感器的应用举例6.7 新型压电材料及应用新型压电材料及应用6.8 超声波传感器原理及应用超声波传感器原理及应用本章要点本章要点下页下页上页上页返回返回6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理 某些晶体或多晶陶瓷，当沿着一定方向受到外力作用某些晶体或多晶陶瓷，当沿着一定方向受到外力作用时，内部就产生极化现象，同时在某两个表面上产生时，内部就产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；晶体受力所

3、产生的电荷量与外力的大小成正比。上述晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。上述现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定变电现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，称为逆压电效应。随着消失，称为逆压电效应。下页下页上页上页返回返回6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理|压电式传感器大都是利用压电材料的压电效应制成压电式传感器大都是利用压电材料的压电效应制成的。在电声和超声工程中也有利用逆压电效应制的。在电声和超声工程中也有利用逆压电效应制作的传感器。压电转换元件受力变形

4、的状态可分作的传感器。压电转换元件受力变形的状态可分为为 图图6-1所示的几种基本形式。所示的几种基本形式。|但由于压电晶体的各向异性，并不是所有的压电晶但由于压电晶体的各向异性，并不是所有的压电晶体都能在这几种变形状态下产生压电效应。例如体都能在这几种变形状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应。但它具有良石英晶体就没有体积变形压电效应。但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。好的厚度变形和长度变形压电效应。下页下页上页上页返回返回6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理|压电方程和压电常数矩阵压电方程和压电常数矩阵|压电效应压电效应正压电效应正压电效应某些晶体或

5、多晶陶瓷受到外某些晶体或多晶陶瓷受到外力作用时，内部就产生极化现象，表面上产力作用时，内部就产生极化现象，表面上产生符号相反的电荷的现象；生符号相反的电荷的现象；逆压电效应逆压电效应如对晶体施加一定电场，晶如对晶体施加一定电场，晶体本身将产生机械变形的现象。体本身将产生机械变形的现象。下页下页上页上页返回返回6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理|天然石英晶体的结构外形天然石英晶体的结构外形光轴光轴(Z轴轴):晶体的对称轴晶体的对称轴,光线沿光线沿Z轴通过晶体不产生双折射轴通过晶体不产生双折射现象现象,且无压电效应；且无压电效应；电轴电轴(X轴轴):与该压轴垂直的面，压电效应最为

6、显著与该压轴垂直的面，压电效应最为显著;机械轴机械轴(Y轴轴):在外电场作用时，在此轴上产生的机械变形最在外电场作用时，在此轴上产生的机械变形最大。大。下页下页上页上页返回返回6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理|压电方程压电方程压电效应的数学表达式压电效应的数学表达式压电效应：晶体表面上产生的电荷与外力作用大小压电效应：晶体表面上产生的电荷与外力作用大小成正比。成正比。精确表达式精确表达式式中：式中：dij是压电常数，单位为是压电常数，单位为(C/N)；Pi是电荷的表面密度，单位为是电荷的表面密度，单位为(C/cm2);i是单位面积上的作用力（应力），是单位面积上的作用力（应

7、力），单位为单位为(N/cm2）。）。下页下页上页上页返回返回6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理|压电常数矩阵：压电常数矩阵：下页下页上页上页返回返回|一般情况下压电方程：一般情况下压电方程：6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理|石英晶体压电效应机理：石英晶体压电效应机理：下页下页上页上页返回返回6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理下页下页上页上页返回返回|单向应力单独作用时（单向应力单独作用时（Fx、Fy及及Fz），），只在表面只在表面A和和B上出现电荷，符号与上出现电荷，符号与Fx，Fy有关：有关：(1)P1 0，P2=P3=0,(当只有当

8、只有Fx或或Fy时时)：d11=-d12 0,d21=d31=0,d22=d32=0;(2)P1=P2=P3=0,(当只有当只有Fz时时)：d13=d23=d33=0;6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理下页下页上页上页返回返回|剪切力单独作用时，在表面剪切力单独作用时，在表面A和和B及及C和和D上出现电荷：上出现电荷：(3)P1 0，P2=P3=0,(当只有当只有4时时,使晶体在使晶体在x方向有伸缩方向有伸缩,等效有等效有1作用作用)：d14 0,d24=d34=0;(4)P2 0，P1=P3=0,(当只有当只有5、6时时,改变改变了晶体在了晶体在y方向无电荷的状况方向无电荷

9、的状况)：d25 0,d26 0,d15=d35=0,d16=d36=0;6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理下页下页上页上页返回返回|压电常数矩阵：压电常数矩阵：对石英晶体对石英晶体6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理下页下页上页上页返回返回|压电陶瓷压电效应机理压电陶瓷压电效应机理压电陶瓷是一种经过极化处理的人工多晶铁电体压电陶瓷是一种经过极化处理的人工多晶铁电体。多晶：由无数细微单晶组成；多晶：由无数细微单晶组成；铁电体：具有电畴结构；铁电体：具有电畴结构；电畴：分子自发形成的极化方向相同的小区域。电畴：分子自发形成的极化方向相同的小区域。6.1 压电转换

10、元件的工作原理压电转换元件的工作原理下页下页上页上页返回返回|极化处理：在一定温度下，以强电场使极化处理：在一定温度下，以强电场使“电畴电畴”规则排列，余下了很强的剩余极化，压电陶瓷材规则排列，余下了很强的剩余极化，压电陶瓷材料表面出现束缚电荷，吸附空气中的自由电荷，料表面出现束缚电荷，吸附空气中的自由电荷，形成压电陶瓷。形成压电陶瓷。|压电常数矩：压电常数矩：注意事项：极化面在注意事项：极化面在Z轴，而轴，而X，Y轴各向同性。轴各向同性。6.1 压电转换元件的工作原理压电转换元件的工作原理下页下页上页上页返回返回|单向应力的压电方程表达单向应力的压电方程表达其中，其中，P=Q/S，=F/S

11、（S为作用面的面积），为作用面的面积），压电陶瓷与石英晶体比较压电陶瓷与石英晶体比较 压电陶瓷效果显著。压电陶瓷效果显著。6.2 影响压电式传感器主要因数影响压电式传感器主要因数横向灵敏度横向灵敏度横向灵敏度是衡量横向干扰效应的指标。一只理横向灵敏度是衡量横向干扰效应的指标。一只理想的单轴压电传感器，应该仅敏感其轴向的作用想的单轴压电传感器，应该仅敏感其轴向的作用力，而对横向作用力不敏感。产生原因是压电片力，而对横向作用力不敏感。产生原因是压电片制造得作用面不平行，粗糙，制造得作用面不平行，粗糙，以及安装不精确，使得力轴以及安装不精确，使得力轴 Sm与电轴与电轴SL（极化轴）不重（极化轴）不重

12、 合。二者成合。二者成 角。其定义用其角。其定义用其 相对轴向灵敏度的百分比表相对轴向灵敏度的百分比表 示。示。下页下页上页上页返回返回 6.2 影响压电式传感器主要因数影响压电式传感器主要因数定义（用轴向灵敏度的百分比表示）：定义（用轴向灵敏度的百分比表示）：最大横向灵敏度最大横向灵敏度 Km=(Ky/Kz)100%=tg 100%;一般横向灵敏度一般横向灵敏度 Kt=(Kt/Kz)100%=tg cos 100%;下页下页上页上页返回返回6.2 影响压电式传感器主要因数影响压电式传感器主要因数产生横向灵敏度的必要条件产生横向灵敏度的必要条件（1）伴随轴向作用力的同时，存在横向力；）伴随轴向

13、作用力的同时，存在横向力；（2）压电元件本身具有横向压电效应。）压电元件本身具有横向压电效应。消除横向灵敏度的技术途径消除横向灵敏度的技术途径（1）从设计、工艺和使用诸方面确保力与电轴的一）从设计、工艺和使用诸方面确保力与电轴的一致；致；（2）尽量采取剪切型的力）尽量采取剪切型的力-电转换方式。一只较好电转换方式。一只较好的压电传感器，最大横向灵敏度不大于的压电传感器，最大横向灵敏度不大于5%。下页下页上页上页返回返回6.2 影响压电式传感器主要因数影响压电式传感器主要因数环境温度和湿度环境温度和湿度环境温度对传感器的影响主要通过三个因素：环境温度对传感器的影响主要通过三个因素：（1）压电材料

14、的特性参数；）压电材料的特性参数；（2）某些压电材料的热释电效应（当一些晶体受热时，在）某些压电材料的热释电效应（当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应热变化而产生的电极化现象称为热释电效应）；）；（3）传感器结构。）传感器结构。环境温度变化会使压电材料的压电常数环境温度变化会使压电材料的压电常数d、介电常数、介电常数、电、电阻率阻率和弹性系数和弹性系数k等机电特性参数发生变化。等机电特性参数发生变化。d 和和k 的变的变化将影响传感器的输出灵敏；化将影响传感器的输出灵敏；和

15、和的变化会导致时间常的变化会导致时间常数数RC的变化，从而使传感器的低频响应变化。的变化，从而使传感器的低频响应变化。下页下页上页上页返回返回6.3 压电材料压电材料 选用合适的压电材料是设计高性能传感器的关键。一般应选用合适的压电材料是设计高性能传感器的关键。一般应考虑以下几个方面：考虑以下几个方面：转换性能：具有较高的耦合系数或具有较大的压电常数；转换性能：具有较高的耦合系数或具有较大的压电常数；机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度高、机械刚度大。以期获得宽的线性范围和高的固有振动高、机械刚度大。以期获得宽的线性范围和高的固有振动

16、频率；频率；电性能：希望具有高的电阻率和大的介电常数，以期望电性能：希望具有高的电阻率和大的介电常数，以期望减弱外部分布电容的影响并获得良好的低频特性；减弱外部分布电容的影响并获得良好的低频特性；温度和湿度稳定性要好：具有较高的居里点、以期望得温度和湿度稳定性要好：具有较高的居里点、以期望得到宽的工作温度范围；到宽的工作温度范围；时间稳定性：压电特性不随时间蜕变。时间稳定性：压电特性不随时间蜕变。下页下页上页上页返回返回6.4 等效电路等效电路压电式传感器对被测量的变化是通过其压电元件产生电荷量压电式传感器对被测量的变化是通过其压电元件产生电荷量的大小来反映的，因此它相当于一个的大小来反映的，

17、因此它相当于一个电荷源电荷源。而压电元件电极表面聚集电荷时，它又相当于一个以压电材而压电元件电极表面聚集电荷时，它又相当于一个以压电材料为电介质的电容器，其电容量为：料为电介质的电容器，其电容量为：式中式中 s-极板面积极板面积 r-压电材料相对介电常数压电材料相对介电常数 0-真空介电常数真空介电常数 -压电元件厚度压电元件厚度下页下页上页上页返回返回Ra是压电元件的漏电阻是压电元件的漏电阻6.4 等效电路等效电路当压电元件受外力作用时，两表面产生等量的正、负电荷当压电元件受外力作用时，两表面产生等量的正、负电荷Q，压电元件的开路电压，压电元件的开路电压(认为其负载电阻为无穷大认为其负载电阻

18、为无穷大)U为为 这样，可以把压电元件等效为一个电荷源这样，可以把压电元件等效为一个电荷源Q 和一个电容器和一个电容器Ca的等效电路；同时也等效为的等效电路；同时也等效为 一个一个电压源电压源U和一个电容器和一个电容器Ca串联的等效电串联的等效电 路。其中路。其中Ra为压电元件的漏电阻。为压电元件的漏电阻。下页下页上页上页返回返回6.4 等效电路等效电路压电式传感器的灵敏度压电式传感器的灵敏度电压灵敏度：单位力产生的电压；电压灵敏度：单位力产生的电压；电荷灵敏度：单位力产生的电荷；电荷灵敏度：单位力产生的电荷；，。下页下页上页上页返回返回 根据压电元件的工作原理及上节所述两种等根据压电元件的工

19、作原理及上节所述两种等效电路，与压电元件配套的测量电路的前置效电路，与压电元件配套的测量电路的前置放大器也有两种形式：放大器也有两种形式：电压放大器：其输出电压与输入电压电压放大器：其输出电压与输入电压(压电元压电元件的输出电压件的输出电压)成正比。成正比。电荷放大器：其输出电压与输入电荷成正比。电荷放大器：其输出电压与输入电荷成正比。6.5 测量电路测量电路下页下页上页上页返回返回6.5 测量电路测量电路下页下页上页上页返回返回Ri、Ci、Cc分别为放大器的输入电阻、输入电容和分别为放大器的输入电阻、输入电容和电缆线的电容电缆线的电容电压放大器和电荷放大器：电压放大器和电荷放大器：6.5 测

20、量电路测量电路 6.4.1电压放大器电压放大器 电压放大器的作用是将压电式传感器的高输电压放大器的作用是将压电式传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，并将微出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，并将微弱的电压信号进行适当放大因此也把这种弱的电压信号进行适当放大因此也把这种测量电路称为阻抗变换器。测量电路称为阻抗变换器。下页下页上页上页返回返回其中其中6.5 测量电路测量电路 6.4.1电压放大器电压放大器 以压电陶瓷为例以压电陶瓷为例 设压电陶瓷受到交变外力设压电陶瓷受到交变外力F1作用作用下页下页上页上页返回返回用复数表示放大器的输入电压用复数表示放大器的输入电压6.5 测量电路测量电路 6

21、.4.1电压放大器电压放大器电压电压Ui的幅值的幅值电压电压Ui与作用力之间的相位差：与作用力之间的相位差：下页下页上页上页返回返回令令6.5 测量电路测量电路 6.4.1电压放大器电压放大器 得得下页下页上页上页返回返回6.5 测量电路测量电路 6.4.1电压放大器电压放大器电压电压幅值比和相角与频率比的关系曲线电压电压幅值比和相角与频率比的关系曲线从曲线知从曲线知=0，Um=0，电荷被泄漏，压电式，电荷被泄漏，压电式 传感器不能测量静态量传感器不能测量静态量(灵敏度下降灵敏度下降)；31,Um与作用力的频率无关与作用力的频率无关,高频响应非常好高频响应非常好;下页下页上页上页返回返回6.5

22、 测量电路测量电路 6.4.1电压放大器电压放大器电压灵敏度电压灵敏度下页下页上页上页返回返回由此可知由此可知：要扩大低频响应范围：要扩大低频响应范围,必须增加必须增加R(而不而不是是C)来增加测量回路的时间常数来增加测量回路的时间常数=R(C+Ca),否则否则,电压灵敏度电压灵敏度kU下降下降;6.5 测量电路测量电路 6.4.1电压放大器电压放大器电压当电压当R1时时,说明说明：放大器输入电压及电压灵敏度与传感器自：放大器输入电压及电压灵敏度与传感器自身电容身电容,电缆线电容有关。更换电缆需重新标定系电缆线电容有关。更换电缆需重新标定系统灵敏度。统灵敏度。下页下页上页上页返回返回6.5 测

23、量电路测量电路 6.4.2电荷放大器电荷放大器 由于电压放大器使所配接的压电式传感器的由于电压放大器使所配接的压电式传感器的电压灵敏度将随电缆分布电容及传感器自身电压灵敏度将随电缆分布电容及传感器自身电容的变化而变化，而且电缆的更换得引起电容的变化而变化，而且电缆的更换得引起重新标定的麻烦，为此又发展了便于远距离重新标定的麻烦，为此又发展了便于远距离测量的电荷放大器，目前它巳被公认是一种测量的电荷放大器，目前它巳被公认是一种较好的冲击测量放大器较好的冲击测量放大器。下页下页上页上页返回返回6.5 测量电路测量电路 6.4.2电荷放大器电荷放大器特点：消除电缆分布电容的影响；具有深度电特点：消除

24、电缆分布电容的影响；具有深度电容负反馈的高增益运算放大器。容负反馈的高增益运算放大器。电路简化：忽略电路简化：忽略Ri，Ra（），运放的），运放的K足够大足够大,高频忽略高频忽略RF；(低频时低频时RF不能忽略不能忽略)。下页下页上页上页返回返回6.5 测量电路测量电路 6.4.2电荷放大器电荷放大器 输出输出U0可以简化可以简化下页下页上页上页返回返回注意到注意到(1+K)CF(CC+Ca+Ci),6.5 测量电路测量电路 6.4.2电荷放大器电荷放大器 下页下页上页上页返回返回特点：特点：(1)输出电压输出电压U正比于输入电荷正比于输入电荷Q，输出灵，输出灵敏度不受电缆分布电容的影响敏度不

25、受电缆分布电容的影响;(2)适用于适用于高高频频(gFjCF);低频时输出低频时输出(RF不能忽略不能忽略)6.5 测量电路测量电路下页下页上页上页返回返回6.4.2电荷放大器电荷放大器特点：特点：(1)输出电压输出电压U正比于输入电荷正比于输入电荷Q;(2)输出电压与输出电压与反馈回路参数有关（反馈回路参数有关（CF，RF）;当当RF=1/CF 时，其幅值为理想值的时，其幅值为理想值的 倍，倍，此时，增益下降此时，增益下降3db，即为下限频率处：，即为下限频率处：fL可以通过可以通过CF，RF来调整，来调整，低频响应好低频响应好。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上

26、页上页返回返回压电元件串并联使用压电元件串并联使用并联增加输出电荷，电容变大，时间常数大，适合并联增加输出电荷，电容变大，时间常数大，适合测量缓慢变化的信号，以及一电荷输出的场合。测量缓慢变化的信号，以及一电荷输出的场合。串联时，增加输出电压，电容小，时间常数小，适串联时，增加输出电压，电容小，时间常数小，适合测量高频信号，以及以电压的形式输出的场合。合测量高频信号，以及以电压的形式输出的场合。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回压电式压力传感器压电式压力传感器特点：压电元件并联使用特点：压电元件并联使用6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举

27、例压电式传感器的应用：压电式传感器的应用：压电元件是一种典型的力敏感元件。可用来测量最终能压电元件是一种典型的力敏感元件。可用来测量最终能转换为力的多种物理量。常用来测量力和加速度。例如，转换为力的多种物理量。常用来测量力和加速度。例如，玻璃破碎报警；埋在地下作为周界安全防护报警；交通玻璃破碎报警；埋在地下作为周界安全防护报警；交通道路监控，车床动态切削力测量；体育动态力道路监控，车床动态切削力测量；体育动态力 (起跑，跳跃起跑，跳跃)测量；震动，爆破，地震，汽车安全气囊等。测量；震动，爆破，地震，汽车安全气囊等。下页下页上页上页返回返回土层压力传感器土层压力传感器压电式力传感器压电式力传感器

28、压电倾斜测量仪压电倾斜测量仪6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电式传感器的特点：压电式传感器的特点：是能量转换型（发电型）传感器；是能量转换型（发电型）传感器；体积小，重量轻，刚性好，可以提高其固有频体体积小，重量轻，刚性好，可以提高其固有频体积小，重量轻，刚性好，可以提高其固有频率，积小，重量轻，刚性好，可以提高其固有频率，得到较宽的工作频率范围。得到较宽的工作频率范围。灵敏度高，稳定性好，可靠。对应用纵向压电效灵敏度高，稳定性好，可靠。对应用纵向压电效应的传感器，电荷量与晶体的变形无关，因而灵应的传感器，电荷量与晶体的变形无关，因而灵敏度与传感器刚度无关。敏度与传感器刚

29、度无关。有比较理想的线性，且通常没有滞后现象有比较理想的线性，且通常没有滞后现象。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用：压电式传感器的应用：1.1.低频特性较差，主要用于动态测量低频特性较差，主要低频特性较差，主要用于动态测量低频特性较差，主要用于动态测量；用于动态测量；2.2.存在横向效应，影响测量结果；存在横向效应，影响测量结果；3.3.应用中要求采取严格的绝缘措施，并采用低电容、低噪应用中要求采取严格的绝缘措施，并采用低电容、低噪声电缆；声电缆；4.4.工作原理可逆；工作原理可逆；5.5.应用：压电传感器可以直接用于测力或测量与力

30、有关的应用：压电传感器可以直接用于测力或测量与力有关的压力、位移、振动加速度等。压力、位移、振动加速度等。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例石英晶体几何切型：石英晶体几何切型：石英晶体优异的频率温度关系虽然能石英晶体优异的频率温度关系虽然能 够提供稳定的频率输出，但这仅仅局够提供稳定的频率输出，但这仅仅局 限于特定的晶体方向。通常我们称这限于特定的晶体方向。通常我们称这 些特殊的方向为不同的切型，意味着些特殊的方向为不同的切型，意味着 可以通过晶体轴的旋转获得这些方向可以通过晶体轴的旋转获得这些方向 和以一种特别的方式来切割晶体。常和以一种特别的方式来

31、切割晶体。常 用的切型有用的切型有ATAT，SCSC和和STST等。等。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例石英晶体几何切型的分类：石英晶体几何切型的分类：石英晶体在石英晶体在xyzxyz直角坐标系中的方位可分为两大切族：直角坐标系中的方位可分为两大切族：X X切族和切族和Y Y切族（以厚度取向为切型）。切族（以厚度取向为切型）。（1 1）X X切族：是以厚度方向平行于晶体切族：是以厚度方向平行于晶体X X轴，长度方向平轴，长度方向平行于行于Y Y轴，宽度方向平等于轴，宽度方向平等于Z Z轴这一原始位置旋出来的各轴这一原始位置旋出来的各种不同的几何切型。

32、如图（种不同的几何切型。如图（a a）。）。（2 2）Y Y切族：这是以厚度方向平行于晶体的切族：这是以厚度方向平行于晶体的Y Y轴，长度方轴，长度方向平行于向平行于X X轴，宽度方向平行于轴，宽度方向平行于Z Z轴这一原始位置旋转出轴这一原始位置旋转出来的各种几何切型。如图（来的各种几何切型。如图（b b）。）。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例石英晶体几何切型的表示方法：石英晶体几何切型的表示方法：每一种切型的石英晶片用一组字母：每一种切型的石英晶片用一组字母：x,y,z,t,l,wx,y,z,t,l,w和角度和角度r r来表示。来表示。任何一个切

33、割方位都可以通过一个起始方位旋转得到。第一个字母任何一个切割方位都可以通过一个起始方位旋转得到。第一个字母表示起始方位厚度的方向，第二个字母表示起始方位长度的方向，表示起始方位厚度的方向，第二个字母表示起始方位长度的方向，如如X X切族以切族以XYXY表示；表示；Y Y切族以切族以YXYX表示。用字母表示。用字母t t（厚度）、（厚度）、l l（长度）、（长度）、w w（宽度）来表示起始面转动时围绕的旋转轴。（宽度）来表示起始面转动时围绕的旋转轴。单转角切型后面的角度表示绕以第三个字母代表的轴向旋转的角度。单转角切型后面的角度表示绕以第三个字母代表的轴向旋转的角度。双转角切型的第二个角度表示绕

34、以第四个字母代表的轴向旋转的角双转角切型的第二个角度表示绕以第四个字母代表的轴向旋转的角度。角度为正时表示晶片绕轴作逆时针旋转，角度为负时表示顺时度。角度为正时表示晶片绕轴作逆时针旋转，角度为负时表示顺时针旋转。其方向规定从针旋转。其方向规定从x(x(或或y)y)轴的正端看，若轴的正端看，若r r角绕角绕x(x(或或y)y)轴逆时针轴逆时针旋转，取正值；顺时针旋转，取负值。旋转，取正值；顺时针旋转，取负值。下页下页上页上页返回返回XYZOqfX6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例石英晶体几何切型的表示方法：石英晶体几何切型的表示方法：例：例：(yxl)+35(yxl)+3515

35、 15 即（即（ATAT）切型，表示晶片的厚度方向与）切型，表示晶片的厚度方向与Y Y轴平行，轴平行，长度方向与长度方向与X X轴平行，并在轴平行，并在yxyx的原始位置上绕其长度的原始位置上绕其长度l l逆时针旋转逆时针旋转35351515的切割。的切割。例：例：(xytl)+5(xytl)+5/(-50/(-50)切型切型,表示晶片的厚度方向与表示晶片的厚度方向与X X轴平行，长轴平行，长度方向与度方向与Y Y轴平行，并且在轴平行，并且在XYXY原始位置上，先绕厚度原始位置上，先绕厚度T T逆时针转逆时针转5 5，再绕长度再绕长度l l顺时针转顺时针转5050的切割。的切割。下页下页上页上

36、页返回返回AT切型6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电式测力传感器压电式测力传感器：压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力电转换的传感器，电转换的传感器，在拉、压场合，通常采用双片或多片石英晶体作压电元件。如压电在拉、压场合，通常采用双片或多片石英晶体作压电元件。如压电式三向动态测力仪用于测试动态切削力。式三向动态测力仪用于测试动态切削力。还可以利用其它弹性材料做的敏感元件来测量力。即通过弹性膜、还可以利用其它弹性材料做的敏感元件来测量力。即通过弹性膜、盒等，把压力收集转换成力，再传递给压电元件。盒等，把压力收集转换成力，再传递给压

37、电元件。在结构设计中，必须注意：在结构设计中，必须注意：（1 1）确保弹性膜片与后接传力件间有良好的面接触，否则，接触不）确保弹性膜片与后接传力件间有良好的面接触，否则，接触不良会造成滞后或线性恶化，影响静、动态特性。良会造成滞后或线性恶化，影响静、动态特性。（2 2）传感器基体和壳体要有足够的刚度，以保证被测压力尽可能传）传感器基体和壳体要有足够的刚度，以保证被测压力尽可能传递到压电元件上。递到压电元件上。（3 3）压电元件的振动模式选择要考虑到频率覆盖：弯曲；压缩；剪）压电元件的振动模式选择要考虑到频率覆盖：弯曲；压缩；剪切。切。（4 4）涉及传力的元件，尽可能采用高音速材料和扁薄结构，以

38、利快）涉及传力的元件，尽可能采用高音速材料和扁薄结构，以利快速、无损地传递弹性元件的弹性波，提高动态性能。速、无损地传递弹性元件的弹性波，提高动态性能。（5 5）考虑加速度，温度等环境干扰的补偿。）考虑加速度，温度等环境干扰的补偿。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电式测力传感器压电式测力传感器：1.1.单向力传感器单向力传感器(1)(1)仅用来测量单向的压力，如机床动态切削力的仅用来测量单向的压力，如机床动态切削力的 测量。压电元件采用测量。压电元件采用xy(xy(即即x0 x0)切型石英晶体，切型石英晶体，利用其纵向压电效应，实现力一电转换。它用

39、利用其纵向压电效应，实现力一电转换。它用 两块晶片两块晶片(8mm(8mm1mm)1mm)作传感元件，被测力通作传感元件，被测力通 过传力上盖过传力上盖l l使石英晶片使石英晶片2 2沿电轴方向受压力作沿电轴方向受压力作 用，由于纵向压电效应使石英晶片在电轴方向用，由于纵向压电效应使石英晶片在电轴方向 上出现电荷，两块晶片沿电轴方向并联叠加，上出现电荷，两块晶片沿电轴方向并联叠加，负电荷由电极负电荷由电极3 3输出，压电晶片正电荷一侧与输出，压电晶片正电荷一侧与 底座连接。底座连接。下页下页上页上页返回返回压电式力传感器压电式力传感器1.传力上盖；传力上盖；2.石英晶片；石英晶片；3.电极；电

40、极；4.底座；底座；5.电极引电极引出头；出头；6.绝缘材料绝缘材料6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电式测力传感器压电式测力传感器：1.1.单向力传感器单向力传感器(2)(2)两片并联可提高其灵敏度。压力元件弹两片并联可提高其灵敏度。压力元件弹 性变形部分的厚度较薄，其厚度由测力性变形部分的厚度较薄，其厚度由测力 大小决定。这种结构的单向力传感器体大小决定。这种结构的单向力传感器体 积小、质量轻积小、质量轻(仅仅10 g)10 g)，固有频率高，固有频率高 （约（约505060 kHz)60 kHz)，可检测高达，可检测高达5000 N5000 N 的动态力，分辨率为的动

41、态力，分辨率为10-3N10-3N。下页下页上页上页返回返回压电式力传感器压电式力传感器1.传力上盖；传力上盖；2.石英晶片；石英晶片；3.电极；电极；4.底座；底座；5.电极引电极引出头；出头；6.绝缘材料绝缘材料6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电式测力传感器压电式测力传感器：2.2.双向力传感器双向力传感器(1)(1)双向力传感器基本用于测量垂直分力双向力传感器基本用于测量垂直分力FxFx与切向分力与切向分力FyFy，以及测量互相垂直的两个切向分力，即以及测量互相垂直的两个切向分力，即FxFx和和FyFy。无论哪。无论哪一种测量，传感器的结构形式相似。一种测量，传感器

42、的结构形式相似。图所示为双向压电石英晶片的力传图所示为双向压电石英晶片的力传 感器结构，两组石英晶片分别测量感器结构，两组石英晶片分别测量 两个分力，下面一组采用两个分力，下面一组采用xy(x0 xy(x0)切型，通过切型，通过d dllll实现力实现力-电转换，测电转换，测 量轴向力量轴向力FxFx；下页下页上页上页返回返回双向压电式力传感器双向压电式力传感器（a）双向力传感器；）双向力传感器；（b）yx切型示意图切型示意图6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电式测力传感器压电式测力传感器：2.2.双向力传感器双向力传感器(2)(2)上面一组采用上面一组采用yx(y0yx(

43、y0)切型，晶片的厚度方向为切型，晶片的厚度方向为y y轴方轴方向，在平行于向，在平行于x x轴的剪切应力轴的剪切应力6 6 (在在xyxy平面内平面内)的作用下，产生厚的作用下，产生厚 度剪切变形。所谓厚度剪切变形度剪切变形。所谓厚度剪切变形 是指晶体受剪切应力的面与产生是指晶体受剪切应力的面与产生 电荷的面不共面，如图电荷的面不共面，如图(b)(b)所示。所示。这一组石英晶体通过这一组石英晶体通过d d2626实现力实现力-电转换来测量电转换来测量FyFy。下页下页上页上页返回返回双向压电式力传感器双向压电式力传感器（a）双向力传感器；）双向力传感器；（b）yx切型示意图切型示意图6.6

44、压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例 举例：测加速度举例：测加速度(1).当传感器感受振动时，质量块感受惯性力的作用。质量块有一正比当传感器感受振动时，质量块感受惯性力的作用。质量块有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片压电效应，两个表于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片压电效应，两个表面上就产生交变电荷，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传面上就产生交变电荷，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷（电压）与作用力成正比，亦即与试件的加速度成感器的输出电荷（电压）与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比。电荷量直接反映加速度大小。其灵敏度与压电材料压电

45、系数正比。电荷量直接反映加速度大小。其灵敏度与压电材料压电系数和质量块质量有关。和质量块质量有关。输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量仪器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，的测量仪器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，就可以测出试件的振动速度或位移。就可以测出试件的振动速度或位移。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例 下页下页上页上页返回返回举例：测加速度举例：测加速度(2).为了提高传感器灵敏度，为了提高传感器灵敏度，一般选择压电系数大的

46、压电陶一般选择压电系数大的压电陶瓷片。瓷片。若增加质量块质量会影响被测振动，同时会降低振动系若增加质量块质量会影响被测振动，同时会降低振动系统的固有频率，因此一般不用增加质量办法来提高传感统的固有频率，因此一般不用增加质量办法来提高传感器灵敏度。此外还可以用增器灵敏度。此外还可以用增 加压电片数目和采用合理的加压电片数目和采用合理的 连接方法也可提高传感器灵连接方法也可提高传感器灵 敏度。敏度。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：有压缩型、剪切型和复合型。有压缩型、剪切型和复合型。1.压缩型：压缩型：（1）正装中心压缩式：正装

47、中心压缩式如图。结构特）正装中心压缩式：正装中心压缩式如图。结构特点：质量快和弹性元件通过中心螺栓固紧在基座上形点：质量快和弹性元件通过中心螺栓固紧在基座上形成独立的体系，壳体仅起防护和屏蔽作用。成独立的体系，壳体仅起防护和屏蔽作用。具有灵敏具有灵敏度高、性能稳定，频响好，工作可靠等优点。但基座度高、性能稳定，频响好，工作可靠等优点。但基座的机械和热变仍有影响。的机械和热变仍有影响。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：（2）压缩型的改进型。压缩型的改进型。图图(b)为改进型的隔离基座压缩式，图为改进型的

48、隔离基座压缩式，图(c)为改进型的倒装中心压缩式，为改进型的倒装中心压缩式，这两种结构都可以避免基座变形影响。图这两种结构都可以避免基座变形影响。图(d)为双筒双屏蔽的新颖结为双筒双屏蔽的新颖结构，除了外壳起屏蔽作用外，预载套筒也起内屏蔽作用。预载套筒构，除了外壳起屏蔽作用外，预载套筒也起内屏蔽作用。预载套筒横向刚度大，大大提高了传感器的综合刚度和横向抗干扰能力。横向刚度大，大大提高了传感器的综合刚度和横向抗干扰能力。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：2.剪切型：剪切型压电式加速度传感器，是利用压电片

49、受剪切型：剪切型压电式加速度传感器，是利用压电片受剪切应力而产生压电效应的原理制成的，这类传感器的剪切应力而产生压电效应的原理制成的，这类传感器的压电片多采用压电陶瓷。按压电片的结构形式不同，又压电片多采用压电陶瓷。按压电片的结构形式不同，又可分为柱形剪切型、三角剪切型、可分为柱形剪切型、三角剪切型、H剪切型等，其结构如剪切型等，其结构如图所示。图所示。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：（1）中空圆柱形如图）中空圆柱形如图。结构简单、轻巧，灵敏度高。结构简单、轻巧，灵敏度高。下页下页上页上页返回返回6

50、.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：（2）H形结构如图。左右压电元件通过横螺栓固紧在中心形结构如图。左右压电元件通过横螺栓固紧在中心立柱上，具有更好的静态特性，更高的信噪比和宽的高立柱上，具有更好的静态特性，更高的信噪比和宽的高低频特性，装配方便。低频特性，装配方便。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：（3）三角结构如图。三块压电片和扇形质量块呈三角空间）三角结构如图。三块压电片和扇形质量块呈三角空间分布，由预紧筒固紧在三角中心柱上，取消

51、胶结，改善分布，由预紧筒固紧在三角中心柱上，取消胶结，改善了线性和温度特性。了线性和温度特性。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：3.复合型复合型。泛指那些具有组合结构、差动原理、合一体化。泛指那些具有组合结构、差动原理、合一体化或复合材料的压电传感器。或复合材料的压电传感器。(1)多晶片压电加速度传感器如图。多晶片压电加速度传感器如图。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：3.复合型复合型。(2)压电圆管梁差动式

52、加速度传感器如图压电圆管梁差动式加速度传感器如图,圆管外电极被槽圆管外电极被槽1分成上下极分成上下极,且径向极化方向相反且径向极化方向相反,在惯性力在惯性力F 作用下作用下,使压使压电圆管弯曲变形电圆管弯曲变形,上下极产生的电荷差动相加上下极产生的电荷差动相加,提高了灵敏提高了灵敏度。度。下页下页上页上页返回返回1 1 槽槽2 2 压电圆筒压电圆筒3 3、8 8 外电极外电极4 4 内电极内电极5 5 输出端输出端6 6 质量块质量块7 7 引线引线9 9 基座基座6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例压电加速度传感器结构形式：压电加速度传感器结构形式：3.复合型复合型。(3)组

53、合一体化压电加速度传感器如图，集传感器与电子线组合一体化压电加速度传感器如图，集传感器与电子线路于一身的组合一体化压电路于一身的组合一体化压电 电子传感器。电子传感器。下页下页上页上页返回返回6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回振动测量及频谱分析振动测量及频谱分析(1)振动可分为机械振动、土木结构振动、运输振动可分为机械振动、土木结构振动、运输工具振动、武器、爆炸引起的冲击振动等。工具振动、武器、爆炸引起的冲击振动等。从振动的频率范围来分，有高频振动、低从振动的频率范围来分，有高频振动、低频振动和超低频振动等。频振动和超低频振动等。从振动信号的统计特征来

54、看，可将振动分从振动信号的统计特征来看，可将振动分为周期振动、非周期振动以及随机振动等。为周期振动、非周期振动以及随机振动等。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回振动测量及频谱分析振动测量及频谱分析(2)测振传感器分类测振传感器分类 测振用的传感器又称拾振器，它有接触式和非接触测振用的传感器又称拾振器，它有接触式和非接触式之分。接触式中有磁电式、电感式、压电式等；式之分。接触式中有磁电式、电感式、压电式等；非接触式中又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电非接触式中又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电式等。下面介绍压电式测振传感器及其应用。式等。下面介绍压电式测

55、振传感器及其应用。横向振动横向振动测振器测振器纵向振动纵向振动测振器测振器6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回振动测量及频谱分析振动测量及频谱分析(3)地震的测量地震的测量地震波形地震波形6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回振动测量及频谱分析振动测量及频谱分析(4)减速箱故障分析减速箱故障分析-依靠频谱分析法进行故依靠频谱分析法进行故障诊断障诊断 a）时域波形）时域波形 b）频域波形）频域波形6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回桥墩水下缺陷探测桥墩水下缺陷探测(1)图示为用压

56、电式加速度传感器探测桥墩水下部位裂图示为用压电式加速度传感器探测桥墩水下部位裂纹的示意图。通过放电炮的方式使水箱振动纹的示意图。通过放电炮的方式使水箱振动(激振器激振器)，桥墩将承受垂直方向的激励，用压电式加速度传，桥墩将承受垂直方向的激励，用压电式加速度传感器测量桥墩的响应，将信号经电荷放大器进行放感器测量桥墩的响应，将信号经电荷放大器进行放大后送入数据记录仪，再将记录下的信号输入频谱大后送入数据记录仪，再将记录下的信号输入频谱分析设备，经频谱分析后就可判定桥墩有无缺陷。分析设备，经频谱分析后就可判定桥墩有无缺陷。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回桥

57、墩水下缺陷探测桥墩水下缺陷探测(2)图图(a)为探测示意图。没有缺陷的桥墩为一坚固整体，加速度为探测示意图。没有缺陷的桥墩为一坚固整体，加速度响应曲线为单峰，如图响应曲线为单峰，如图(b)所示。若桥墩有缺陷，其力学系统所示。若桥墩有缺陷，其力学系统变得更为复杂，激励后的加速度响应曲线将显示出双峰或多变得更为复杂，激励后的加速度响应曲线将显示出双峰或多峰，如图峰，如图(c)所示。所示。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回压电式流量计压电式流量计利用超声波在顺流方向和逆流方向的传播速度进行测量。其利用超声波在顺流方向和逆流方向的传播速度进行测量。其测量装置是

58、在管外设置两个相隔一定距离的收发两用压电超测量装置是在管外设置两个相隔一定距离的收发两用压电超声换能器，每隔一段时间声换能器，每隔一段时间(如如1/100s)，发射和接收互换一次。，发射和接收互换一次。在顺流和逆流的情况下，发射和接收的相位差与流速成正比。在顺流和逆流的情况下，发射和接收的相位差与流速成正比。据这个关系，可精确测定流速。流速与管道横截面积的乘积据这个关系，可精确测定流速。流速与管道横截面积的乘积等于流量。等于流量。此流量计可测量各种液体的流速，中压和低压气体的流速，此流量计可测量各种液体的流速，中压和低压气体的流速，不受该流体的导电率、粘度、密度、腐蚀性以及成分的影响。不受该流

59、体的导电率、粘度、密度、腐蚀性以及成分的影响。其准确度可达其准确度可达0.5%，有的可达到，有的可达到0.01%。根据发射和接收的。根据发射和接收的相位差随海洋深度深度的变化，测量声速随深度的分布情况相位差随海洋深度深度的变化，测量声速随深度的分布情况.6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回自来水管道测漏自来水管道测漏(1)检测原理检测原理：如果地面下有一条均匀的直管道某处如果地面下有一条均匀的直管道某处O点为漏点，振动声音从点为漏点，振动声音从O点向管道两端传播，传播速度为点向管道两端传播，传播速度为V，在管道上，在管道上A、B两点放两两点放两只传感器，

60、只传感器，A、B距离为距离为L（已知或可测），从（已知或可测），从A、B两个传感两个传感器接收的由器接收的由O点传来的点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间为时刻发出的振动信号所用时间为 tA（=LA/V）和）和tB（=LB/V），两者时间差为），两者时间差为 t=tA-tB=（LA-LB）/V （1）又又 L=LA+LB （2）LABO点点LALB地地 面面6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回自来水管道测漏自来水管道测漏(2)检测原理检测原理：因为管道埋设在地下，看不到因为管道埋设在地下，看不到O点，也不知道点，也不知道LA和和LB的长度，的长度，已知

61、的是已知的是L和和V，如果能设法求出，如果能设法求出t，则联立（，则联立（1）+（2）得：）得：LA=(L+tV)/2 （3）或者将（或者将（1）-（2）得：）得：LB=（L-tV）/2 （4）关键是确定关键是确定t，就可准确确定漏点，就可准确确定漏点O。如果从。如果从O点出发的是一极点出发的是一极短暂的脉冲，在短暂的脉冲，在A、B两点用双线扫描同时开始记录，在示波器两点用双线扫描同时开始记录，在示波器上两脉冲到达的时间差就是上两脉冲到达的时间差就是t。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回自来水管道测漏自来水管道测漏(3)水漏探测仪设计水漏探测仪设计：实

62、际的困难在于漏水声是连续不断发出的，在实际的困难在于漏水声是连续不断发出的，在A、B两传感器测两传感器测得的是一片连续不断，幅度杂乱变化的噪声。相关检漏仪的功得的是一片连续不断，幅度杂乱变化的噪声。相关检漏仪的功能就是要将这两路表面杂乱无章的信号找出规律来，把它们能就是要将这两路表面杂乱无章的信号找出规律来，把它们“对齐对齐”，对齐移动所需要的时间就是，对齐移动所需要的时间就是t。前前 放放带通滤波带通滤波放放 大大低通滤波低通滤波传感器传感器B发发 送送前前 放放带通滤波带通滤波放放 大大低通滤波低通滤波传感器传感器A主主 机机接接 收收管管 道道6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的

63、应用举例下页下页上页上页返回返回金属加工切削力测量金属加工切削力测量由于压电陶瓷元件的自振频率高，特别适合测量变化剧烈的载由于压电陶瓷元件的自振频率高，特别适合测量变化剧烈的载荷。图中压电传感器位于车刀前部的下方，当进行切削加工时，荷。图中压电传感器位于车刀前部的下方，当进行切削加工时，切削力通过刀具传给压电传感器，压电传感器将切削力转换为切削力通过刀具传给压电传感器，压电传感器将切削力转换为电信号输出，记录下电信号的变化便可测得切削力的变化电信号输出，记录下电信号的变化便可测得切削力的变化。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回压电式血压传感器压电式血压

64、传感器如图压电陶瓷，双晶片悬梁结构。双晶片极化方向相如图压电陶瓷，双晶片悬梁结构。双晶片极化方向相反，并联相接。在敏感振膜中央上下两侧各胶粘有半反，并联相接。在敏感振膜中央上下两侧各胶粘有半圆柱塑料块。被测动脉血压通过上塑料块、振膜、下圆柱塑料块。被测动脉血压通过上塑料块、振膜、下塑料块传递到压电悬梁的自由端。压电梁弯曲变形产塑料块传递到压电悬梁的自由端。压电梁弯曲变形产生的电荷输出。生的电荷输出。6.6 压电式传感器的应用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回爆震测量爆震测量(1)汽车发动机中的气缸点火时刻汽车发动机中的气缸点火时刻必须十分精确。如果恰当地将必须十分精确。如果恰当

65、地将点火时间提前一些，即有一个点火时间提前一些，即有一个提前角，就可使汽缸中汽油与提前角，就可使汽缸中汽油与空气的混合气体得到充分燃烧，空气的混合气体得到充分燃烧，使扭矩增大，排污减少。但提使扭矩增大，排污减少。但提前角太大时，混合气体产生自前角太大时，混合气体产生自燃，就会产生冲击波，发出尖燃，就会产生冲击波，发出尖锐的金属敲击声，称为爆震，锐的金属敲击声，称为爆震，可能使火花塞、活塞环熔化损可能使火花塞、活塞环熔化损坏，使缸盖、连杆、曲轴等部坏，使缸盖、连杆、曲轴等部件过载、变形，可用压电传感件过载、变形，可用压电传感器检测并控制之。器检测并控制之。爆震波形爆震波形6.6 压电式传感器的应

66、用举例压电式传感器的应用举例下页下页上页上页返回返回爆震测量爆震测量(2)还可安装在气缸的侧壁上，尽量使点火时刻接近爆震区而不发还可安装在气缸的侧壁上，尽量使点火时刻接近爆震区而不发生爆震，但又能使发动机输出尽可能大的扭矩。生爆震，但又能使发动机输出尽可能大的扭矩。压电振动加速度传感器可以用于判断汽车的碰撞，从而使安全压电振动加速度传感器可以用于判断汽车的碰撞，从而使安全气囊迅速充气，从而挽救生命；气囊迅速充气，从而挽救生命；6.7 新型压电材料及应用新型压电材料及应用下页下页上页上页返回返回有机压电材料有机压电材料(1)某些合成高分子聚合物（又称压电聚合物），经延展拉伸和某些合成高分子聚合物（又称压电聚合物），经延展拉伸和电极化后具有压电性高分子压电薄膜，如聚氟乙烯电极化后具有压电性高分子压电薄膜，如聚氟乙烯(PVF)，偏，偏聚氟乙烯（聚氟乙烯（PVDF）（薄膜）及其它为代表的其他有机压电）（薄膜）及其它为代表的其他有机压电（薄膜）材料等。（薄膜）材料等。特点：如这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗等优点为特点：如这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，