传感器第十课PPT学习教案

1、会计学1传感器第十课传感器第十课应用压电式步态分析跑台压电式纵跳训练分析装置 压电传感器是力敏感元件，所以它能测量最终变为力的各种物理量，例如力、压力、加速度等。第1页/共23页压电陶瓷位移器压电秤重浮游计压电警号第2页/共23页6.1 压电效应及压电材料 6.2 压电式传感器测量电路6.3 压电式传感器的应用 第3页/共23页一、压电效应 某些电介质（晶体），当沿着一定方向对其施力而使它变形时，在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称压电效应。6.1 压电效应及压电材料第4页/共23页压电效应具有可逆性，利用这一特性可以实现机械能和电能 的相互转换

2、。压电效应-特性压电元件机械能电能逆压电效应正压电效应第5页/共23页压电晶体：晶体形变时，正负电荷的中心分离。非压电晶体：具有中心对称的结构，晶体正负电荷中心总是重合在一起。压电效应有方向性第6页/共23页自然界中大多数晶体都具有压电效应, 但压电效应十分微弱二、压电材料分类具有压电效应的材料称为压电材料。第7页/共23页石英晶体化学式：SiO2 单晶体结构 又称水晶体（或单晶体）1.石英晶体人工合成水晶天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体且晶体各个方向的特性不同理想石英晶体外形第8页/共23页 石英晶体各个方向特性不同，按不同方向切割的晶片其物理性质相差很大。在设计石英传感器时应根据不

3、同使用要求正确选择石英片的切型按特定方向切片压电晶片第9页/共23页晶体学中，常用三根互相垂直的轴表示晶体的各向(b)石英晶体坐标系切割方向zyx （1）外形结构第10页/共23页（2）石英晶体压电效应zyxca(c) 石英晶体切片b假设从石英晶体上切下一片平行六面体晶体切片第11页/共23页纵向压电效应 沿电轴x方向的力作用下 产生电荷的压电效应；横向压电效应 沿机械轴y方向的力作用下 产生电荷的压电效应；沿光轴z方向的力作用时，不产生压电效应。第12页/共23页石英晶体薄片双面镀银并封装第13页/共23页石英晶体振荡器（晶振） 石英晶体在震荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而

4、产生稳定的振荡输出频率。第14页/共23页(a) 硅氧离子在Z平面上的投影XY(b) 等效为正六边形排列的投影+-YX+（3）石英晶体压电效应机理第15页/共23页 P1 + P2+ P3 = 0 晶体表面不产生电荷，呈电中性 P = ql （q为电荷量，l为正负电荷之间距离）石英晶体沿x方向受力第16页/共23页在x轴的正方向出现正电荷，在y、z轴方向则不出现电荷 ( P1 + P2+ P3 )x 0沿y轴方向的拉力作用时，与上述一致。第17页/共23页在x轴的正向出现负电荷，在y、z方向上依然不出现电荷 ( P1 + P2+ P3 )x 0在y轴方向受到压力亦如此。第18页/共23页（a）

5、当沿电轴x方向施加作用力Fx时在与电轴x垂直的平面上将产生符号电荷，大小为: 产生的电荷与几何尺寸无关压电效应为纵向压电效应xxFdq11x方向受力的压电系数纵向压电效应（4）作用力与电荷的关系第19页/共23页 （b）若在同一切片上，沿机械轴y方向施加作用力Fy，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷qy，其大小为 d12 y轴方向受力的压电系数 根据石英晶体的对称性, d12= -d11a、b晶体切片的长度和厚度产生的电荷与几何尺寸有关产生横向压电效应yyFbadQ12横向压电效应第20页/共23页晶体切片上电荷极性与受力方向的关系图 横向压电效应产生的电荷与纵向压电效应产生的电荷极性相反。第21页/共23页 当晶片受到x方向的压力作用时，qx只与作用力Fx