《传感器及应用》-《传感器及应用》-项目一任务四压电式传感器

项目一力和压力的检测C目录ONTENTS01电子称的设计与制作03电子血压计的设计与制作02汽车燃油表显示电路的设计与制作04振动报警电路的设计与制作一、任务描述利用压电振动传感器设计报警电路，当感受到振动时，报警电路启动，发出声音报警。

任务四振动报警电路的设计与制作想一想：如何实现？二、任务分析信号检测电路信号处理电路报警电路关键问题：如何检测振动三、知识链接1、压电式传感器

压电式传感器是受压产生电信号的一类传感器。

有源传感器

它可以测量最终能变换为力的各种物理量，例如力、压力、加速度等。电信号压力压电效应演示

当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。1）压电效应某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,其内部就产生极化现象,同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,其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。当作用力方向改变时,电荷的极性也随之改变。有时人们把这种机械能转为电能的现象,称为“正压电效应”。相反,当在电介质极化方向施加电场,这些电介质也会产生变形,这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）2）压电材料（1）石英晶体；（2）压电陶瓷；（3）高分子压电材料。（1）石英晶体天然形成的石英晶体外形天然石英晶体外形

石英晶体是一种应用广泛的压电晶体。它是二氧化硅单晶，属于六角晶系。天然石英晶体的外形为规则的六角棱柱体。从晶体上沿XYZ轴线切下一片平行六面体的薄片称为晶体切片。石英晶体有哪三个轴分别起什么作用？x轴，y轴，z轴。

纵向轴z称为光轴,经过六面体棱线并垂直于光轴的x轴称为电轴,与x和z轴同时垂直的轴y称为机械轴。当沿着X轴对压电晶片施加力时，将在垂直于X轴的表面上产生电荷，这种现象称为纵向压电效应。沿着y轴施加力的作用时，电荷仍出现在与X轴垂直的表面上，这称之为横向压电效应。当沿着Z轴方向受力时不产生压电效应。为什么会有压电效应？

石英晶体的每一个晶体单元中，有三个硅离子和六个氧离子，正负离子分布在正六边形的顶角上，。当作用力为零时，正负电荷相互平衡，所以外部没有带电现象,而受力后破坏了平衡,就带电了。石英晶片受压力或拉力时，电荷的极性如下图所示压力大小和电荷多少是什么关系？产生的电荷为：石英晶体薄片

石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。（2）压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。压电陶瓷的实现原理？压电陶瓷的主要材料？压电陶瓷及其换能器外形（3）高分子压电材料

玻璃打碎报警装置将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。粘贴位置2、压电式传感器的等效电路压电传感器也可以等效为电容器相并联一个电荷源。压电传感器可以等效为一个电压源和一个电容串联等效电路

电荷源电压源

3、压电式传感器的测量电路压电传感器的输出可以是电压信号,也可以是电荷信号,因此前置放大器也有两种形式:电压放大器和电荷放大器。实现什么作用？把压电传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗;放大传感器输出的微弱信号。电压放大器电荷放大器q

注意：压电式传感器不能用于测量静态量值。压电传感器适宜作动态测量。两个压电元件的如何连接？有何不同？4、压电片的连接方式+串联q’=qC’=C/2U’=2U+并联q’=2qC’=2C