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文档简介

1、自动检测技术 项目4:玻璃破碎报警器的设计 任务2：压电陶瓷与压电晶体的传感及检测 石英晶体压电机理压电陶瓷压电式传感器的等效电路压电元件的串并联压电式传感器的应用 学习目标 一、石英的压电机理 知识准备 定义：x：两平行柱面内夹角等分线，垂直此轴压电效应最 强,称为电轴。y ：垂直于平行柱面，在电场作用下变形最大，称 为机械轴。z ：无压电效应，中心轴，也称光轴。石英的晶体结构为六方晶体系，化学式为SiO2。 当在电轴方向施加作用力时, 在与电轴 x 垂直的平面上将产生电荷, 其大小为 ： Qx = d11 Fx。式中: d11x方向受力的压电系数 Fx作用力 若在同一切片上, 沿机械轴y方

2、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： Qy=d12Fy a/b 式中: d12y轴方向受力的压电系数 d12=-d11 a、 b晶体切片长度和厚度 知识准备 （1）当石英晶体未受外力作用时, 正、负离子正好分布在正六边形的顶角上, 形成三个互成120夹角的电偶极矩P1、 P2、P3, P1+P2+P3 = 0, 所以晶体表面不产生电荷, 即呈中性。（2）当石英晶体受到沿x轴方向的压力作用时, 晶体沿x方向将产生压缩变形, 正负电荷重心不再重合,在x轴的正方向出现正电荷, 电偶极矩在y方向上的分量仍为零, 不出现电荷。（3）当晶体受到沿y轴方向的压力作用时,在x

3、轴上出现电荷, 它的极性为x轴 正向为负电荷。在y轴方向上不出现电荷。（4）如果沿z轴方向施加作用力, 因为晶体在x方向和y方向所产生的形变完 全相同, 所以正负电荷重心保持重合, 电偶极矩矢量和等于零。这表明沿z轴方向施加作用力, 晶体不会产生压电效应。 知识准备 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，在拉、压场合，通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大，测量范围宽，线性及稳定性高，动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时，可测量准静态力。按测力状态分，有单向、双向和三向传感器，它们在结构上基本一样。三、压电式传感器的应用 知识准备 1.压电式加速度传感器 当传感器感受到振动时，由于弹簧的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小，因此质量块感受到与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力作用。这样，质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应，因此在它的两个表面上就产生了交变电荷（电压），当振动频率远低于传感器固有频率时，传感器的输出电荷（电压）与作用力成正比，即与试件的加速度成正比。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器测出试件的加速度，如在放大器

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