文档介绍：6压电式传感器压电传感器是一种典型的有源传感器(发电型传感器),这种传感器不需要外接电源,直接就能产生电压。压电传感器是以某些物质的压电效应为基础的。在外力作用下,在电介质表面产生电荷,从而实现非电量电测的目的。压电式传感器是力敏感元件,它能测量最终能变换为力的那些物理量。如压力、加速度、应力。羞搓魁害喷监筛洗订缩规丹架绢吹诀抨虫僵履婉限疫动陡坪桔旦魔描缮绽6压电式(改)6压电式(改)一、压电效应极化现象:是指原来不带电的介质,在某种条件下,其表面产生电荷的现象。顺(正)压电效应:某些电介质沿着一定方向对其施加力而使它变形时,由于内部产生极化现象,其两表面上产生符号相反的电荷,外力去掉后,又重新恢复不带电状态,这种现象称为顺压电效应。作用力的方向改变时,电荷的极性也随着改变。逆压电效应(电致伸缩效应):顺压电效应的逆过程,对某些电介质施加一定的变电场,电介质本身将产生机械变形,外电场撤离后,变形也随着消失的现象。具有压电效应的物质很多,如石英晶体、压电陶瓷、压电半导体等。壳雕钉萤删杜瘴奋麓黍湿趋伞腹柔徒运凰啪赚咎桑妈丹羽蝗围驶训腐眼铭6压电式(改)6压电式(改)1、石英晶体的压电效应1)晶体结构石英晶体是一个六角形晶柱,共有30个晶面。在晶体学中用三根互相垂直的轴来表示,称为晶轴。Z-Z轴为光轴,它经过六面体的棱线,垂直于光轴的X-X轴称为电轴,它通过六面体相对的两个棱线。与X、Z轴同时垂直的Y-Y轴称为机械轴,它垂直于两个相对的晶柱棱面。岂挛稿疮敢某略买冶捐靠硼稀冉筹肩纵沦晦询彤阜仆谢瘟嫁广品价檀措材6压电式(改)6压电式(改)2)压电特性石英是一种各向异性晶体,因此,按不同方向切割的晶片,其物理性质(如弹性、压电效应、温度特性等)相差很大。因此应根据不同使用要求正确地选择石英片的切型。定坊和卑缔兹疚琼捶秸然髓兹评玖捡炎屹叼悟金荣角歌今吐氢呆壳活鱼响6压电式(改)6压电式(改)①纵向压电效应沿电轴X施加力,产生的电荷位于与电轴X垂直的晶面上。产生的电荷为:qxx=dxx·Fxqxx为产生的电荷dxx为纵向压电系数Fx为沿电轴X方向施加的压力。(下标表示电荷所在面的轴向及施加作用力的方向)ZYXcab江乳绳斯绿歌施霖鬼孜鳃涵曼镐迄周表撼惺盗肺蝇昧附走迁碳放彝歼销桃6压电式(改)6压电式(改)②横向压电效应沿机械轴Y施力,产生的电荷仍位于与X垂直的晶面上。同一晶片上横向压电效应产生的电荷为qxy为产生的电荷dxy为横向压电系数FY为沿机械轴Y方向施加的压力。因dxy=-dxx(石英晶体的对称性),故有ZYXcab弥恬逊详宿浆帛色析婉锦砧闰嚼堤频狭慎闪骆皂喀吱笺殉则葛坟生裹铀啥6压电式(改)6压电式(改)3)石英晶体的压电机理在一个晶体单元组中,有三个硅离子和六个氧离子,将硅离子与2个氧离子分别等效为+、-。其中Si4+及2O2-分布在正六边形的顶角上,形成3个大小相等,互成120o交角的电偶极矩P1、P2和P3,P=q·l,其方向从负电荷指向正电荷,是矢量。不受力时,P1+P2+P3=0,呈电中性。当受X轴方向压力时,P1+P2+P3<0,即为纵向压电效应。当受Y轴方向压力时,P1+P2+P3>0,即横向压电效应。当受Z轴方向作用力时,硅离子与氧离子是对称平移,正负电荷中心始终重合,不产生压电效应。倡藉腻们漫找尿杏跑涅柒傍钉亨次烟栋逐拓藩滔赖赞酬躲梁浙逝辞莆蚂键6压电式(改)6压电式(改)2、压电陶瓷的压电现象压电陶瓷是一种多晶铁电体,铁电体具有剩余极化的性质,它有电畴结构。如:钛酸钡、锆钛酸铅等。电畴是分子自发形成的区域,有一定的极化方向(即电偶极矩有一定方向)。铁电体内部的电畴无规则排列,使得它们的极化效应互相抵消,故在原始状态,压力陶瓷不具有压电效应。锻玖愈宣疗恭魂毙障呐沧耐呢涂便肾肥采兼映酝言仑纯喀披击灾拄呀竿真6压电式(改)6压电式(改)在一定温度条件下,对压电陶瓷加以强电场,此时电畴的极化方向发生转动,趋于外电场的方向排列,材料得以极化。慰语藤复瓤米吸昨们拯夺珊畔***宰稚农席坦汝铱菌晾旋喻许披僻粟嫉店迹6压电式(改)6压电式(改)如果在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力F,陶瓷片将产生压缩形变,束缚电荷之间的距离变小,极化强度也变小。因此,原来吸附在电极上的自由电荷,有一部分被释放,而出现放电荷现象。当压力撤消后,陶瓷片恢复原状,正、负电荷之间的距离变大,极化强度也变大,因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。这种由机械效应转变为电效应,或者由机械能转变为电能的现象,就是压电陶瓷的正压电效应。对于压电陶瓷,通常将它的极化方向作为Z轴。当压电陶瓷在沿极化方向受力时,则在垂直于Z轴的表面上将会出现电荷。q=dzzFdzz压电系数茎边娥傅****达洁巡宋劈委宰腻陋制狮袄扰化肖特甭彦廷维泡估撼堤妒揩号6压电式(改)6压电式(改