传感器原理及应用第6章压电式传感器

1、压电陶瓷位移器压电陶瓷位移器压电陶瓷超声换能器压电秤重浮游计压电秤重浮游计压电加速度计压电警号压电警号 。压电现象是晶体缺乏中心对称引起的压电现象是晶体缺乏中心对称引起的,自然界自然界32种晶体点阵中，有中心对称和种晶体点阵中，有中心对称和非对称两大类，非中心对称的非对称两大类，非中心对称的21种中有种中有 20种有压电效应。种有压电效应。压电元件压电元件机械能电能压电晶片按特定方向切片按特定方向切片人工合成水晶人工合成水晶QdF111xqd1 22ybqda123PPP123123,()0PPPPPP123123,()0PPPPPP施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向外电施加外电场时，

2、电畴的极化方向发生转动，趋向外电场方向排列。外电场强度达到饱和程度时，所有的电畴场方向排列。外电场强度达到饱和程度时，所有的电畴与外电场一致。与外电场一致。外电场去掉后，电畴极化方向基本不变，剩余极化强外电场去掉后，电畴极化方向基本不变，剩余极化强度很大。所以，压电陶瓷极化后才具有压电特性，未极度很大。所以，压电陶瓷极化后才具有压电特性，未极化时是非压电体。化时是非压电体。33qd 石英和压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同石英和压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同的缺点，密度大、硬、易碎，不耐冲击，难以加工。而的缺点，密度大、硬、易碎，不耐冲击，难以加工。而PVF2、PVDF材料能很好的

3、克服这一缺陷，可以作成轻材料能很好的克服这一缺陷，可以作成轻小柔软的压电元件。小柔软的压电元件。 这些材料分子链中这些材料分子链中CF键具有极性，有一定的键具有极性，有一定的偶极矩，通常晶胞内的偶极矩，通常晶胞内的极矩相互抵消整体不显极矩相互抵消整体不显极性，没有压电效应。极性，没有压电效应。必须经过特殊处理才会必须经过特殊处理才会具有良好的压电效应。具有良好的压电效应。经过拉伸、极化过程。经过拉伸、极化过程。,2,2CCUU QQU+_+ + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _

4、_ _ _2 ,2 ,CC QQ UU+_+_U+ + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + + + + + + + aQUCaSCd等效电压源 等效电流源测量测量仪器仪器前置前置放大放大传感器传感器uUKFqQKFquaKKCquaKK C等效电压源 等效电流源aQUC电路示意图sinmaadFQutCC()mimacidFUCCCB222()1()mimacidFRURCCCsinmFFt( )arctan()2aciCCC R ()1aciR CCC?当时（即）imumaciUdK

5、FCCC222()()()1()imaciimaciUR CCCURCCC()aciR CCC12()()1()imimUKU 1tan ()2(9070 )()mimacidFUCCCB222( )1()mimacidFRURCCC12()()1()imimUKU quaKKCuacidKCCC0cfifQUUU AC B0(1)acifAQUCCCA C 0fQUC 110()faciA CCCC01/(1)facifAQUARCCCA C超声波传感器超声波传感器振动式液位开关振动式液位开关压电加速度计压电元件产品压电元件产品点火器晶体 石英和压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同的石英和

6、压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同的缺点，密度大、硬、易碎，不耐冲击，难以加工。而缺点，密度大、硬、易碎，不耐冲击，难以加工。而PVF2、PVDF材料能很好的克服这一缺陷，可以作成轻小柔软的材料能很好的克服这一缺陷，可以作成轻小柔软的压电元件。压电元件。 PVF2高分子偏二氟乙烯高分子偏二氟乙烯是一种良好的热塑性工程塑料，是一种良好的热塑性工程塑料，密度小、柔性好，有较高的压密度小、柔性好，有较高的压电效应，比石英十倍，压电陶电效应，比石英十倍，压电陶瓷低十倍。材料轻柔可按需要瓷低十倍。材料轻柔可按需要切割成薄片，可植入人体。切割成薄片，可植入人体。PVF2压电膜压电膜硬币硬币铜柱铜柱投币计数传感器投币计数传感器 话筒中，压电膜以一定的支撑形式保持膜内一定张力。话筒中，压电膜以一定的支撑形式保持膜内一定张力。在外来声压作用下，膜面的曲率发生变化，使膜内应力改在外来声压作用下，膜面的曲率发生变化，使膜内应力改变，产生相应的压电信号。变，产生相应的压电信号。压电膜话筒结构示意图压电膜话筒结构示意图 PVF2压电膜压电膜 絮状絮状材料垫材料垫声压声压另外对人体生理量测量，另外对人体生理量测量，如血压、心音、脉搏等体如血压、心音、脉搏等体内和体表检测是内和体表检测是PVF2最有最有前景的场合。柔软、无毒、前景的场合。柔软、无毒、化学性能