传感与测量技术-第4章 传感器原理及应用-压电式传感器

1、传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用 1. 1.电阻式传感器电阻式传感器 2.2.电感式传感器电感式传感器 3.3.电容式传感器电容式传感器 4.4.压电式传感器压电式传感器 5. 5.磁电式传感器磁电式传感器 6.6.热电式传感器热电式传感器 7.7.光电式传感器光电式传感器 8.8.霍尔式传感器霍尔式传感器传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职

2、业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院4.4. 压电式传感器压电式传感器传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院一、压电材料一、压电材料压电式传感器可以对各种压电式传感器可以对各种动态力动态力、压力压力、加速度加速度、机械冲击机械冲击和和振动振动进行测量。进行测量。优点：优点：灵敏度高、动态响应频率宽、信噪比高、结构简单、工作可灵敏度高、动态响应频率宽、信噪比高、结构简单、工作可靠、重量轻等。靠、重量轻等。应用：应用：声学、力学、医学、导航等方面。声学、力学、医学、导航等方

3、面。 传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院石英晶体具有各石英晶体具有各向异性特性向异性特性，即在不同晶向其性能不同。即在不同晶向其性能不同。 沿沿Z Z轴方向无压电效应，垂至于轴方向无压电效应，垂至于X X轴的表面压电轴的表面压电效应最强；沿效应最强；沿Y Y轴方向的机械变形最明显。轴方向的机械变形最明显。 传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术

4、传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车

5、与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院主要特性：主要特性： （1 1）机电转换性能）机电转换性能应具有较大的压电系数；应具有较大的压电系数； （2 2）机械性能）机械性能强度高、刚度大（线性范围宽、固有频率高）；强度高、刚度大（线性范围宽、固有频率高）； （3 3）电性能）电性能电阻率高和介电常数大（减小电荷泄漏并

6、获得良好电阻率高和介电常数大（减小电荷泄漏并获得良好的低频特性）；的低频特性）； （4 4）温度和湿度的稳定性要好。具有较高的居里点，以得到宽的）温度和湿度的稳定性要好。具有较高的居里点，以得到宽的工作温度范围；工作温度范围；（5 5）时间稳定性）时间稳定性电压特性应不随时间而蜕变。电压特性应不随时间而蜕变。主要特性参数：主要特性参数：压电常数压电常数 、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数 、电阻、居里点、电阻、居里点传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车

7、与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范

8、大学 汽车与交通学院汽车与交通学院二、测量电路二、测量电路传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院因此，压电元件可以等效为一个与电容因此，压电元件可以等效为一个与电容CaCa串联串联的电压源，的电压源，也可等效为一个与也可等效为一个与CaCa并联并联的电荷源：的电荷源： 传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院在构成压电式传感器时，总要利用电缆将压电元件接入测量电路

9、。在构成压电式传感器时，总要利用电缆将压电元件接入测量电路。这样，就引入了连接这样，就引入了连接电缆的分布电容电缆的分布电容CcCc，后续测量电路（测量放，后续测量电路（测量放大器等）的大器等）的输入电阻输入电阻RiRi和和输入电容输入电容CiCi等形成的负载阻抗影响；加等形成的负载阻抗影响；加之压电元件并非理想器件，它内部存在之压电元件并非理想器件，它内部存在泄漏电阻泄漏电阻RaRa，则由压电元，则由压电元件构成传感器的件构成传感器的实际等效电路实际等效电路： 传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车

10、与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天

11、津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院又称阻抗变换器，其主要又称阻抗变换器，其主要作用：作用：是把压电器件的高输出阻抗变换为是把压电器件的高输出阻抗变换为低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。 传感器的开路电压传感器的开路电压 传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院前置放大器的输入电压：前置放大器的输入电压： 传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津

12、职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院（可视为开路）（可视为开路） 传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器

13、原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学 汽车与交通学院汽车与交通学院传感与测量技术传感与测量技术 第第4 4章章 常用传感器原理及应用常用传感器原理及应用天津