电工学6压电式课件

第六章、压电式传感器6.1压电式传感器

一、变换原理:压电效应

1、某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。yx压电元件：在压电材料的两个表面加上导电的极板构成。F+q=dFd:压电系数

纵向压电效应：X方向施力，X方向电荷，产生电荷多少与晶体尺寸无关。横向压电效应：Y方向施力，X方向电荷，产生电荷多少与晶体尺寸有关。

二、压电材料（自学）

压电晶体；压电陶瓷；高分子压电材料

某些物质置于电场中，在电场的作用下产生机械变形，当外电场去掉之后，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电压效应，也叫作电致伸缩。

2、逆压电效应

qCiaRiRaCaCaqCL⑴电荷等效电路：电荷源与一个电容并联等效电路实际电路Ca：传感器等效电容；Ra：泄露电阻Ri：放大器的输入电阻；Ci：放大器的输入电容；CL：连接电缆电容6.压电式传感器

⑵电压等效电路：电压源与一个电容串联+-+-CaCiRiRaCaCL等效电路实际电路6.压电式传感器

6.压电式传感器

6.2测量电路

压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。

1.电压放大器

（又叫阻抗变换器，将高阻抗输出转为低阻抗输出）

UOCa+-CaCiRiRaCL

AUOCa

A等效为+-UaRaCL电压放大器电路

2、电荷放大器

电荷放大器实质是一个深度负反馈、高增益的运算放大器，在上图中，略去了电荷放大器的输入电阻和传感器的泄露电阻（但两个电阻必须足够大）。-A：放大器的开环增益，负号表示输入输出反相；

RF、CF：反馈电阻与反馈电容。

放大器输入电压：

放大器输出电压：

如果

可忽略传感器等效电容、连接电缆电容和放大器的输入电容的影响，即：

从输出端折合到输入端

这是电荷放大器的一大优点，也是为什么常使用电荷放大器的原因。

6压电式传感器6.3压电传感器的应用

振动测试测量的参数：振动位移、振动速度和振动加速度，可通过积分、微分相互转换。测振传感器：又称拾振器。相对式振动传感器：使用不方便，一般不使用。一、压电式测力传感器二、压电式加速度传感器与机械振动的测量绝对对式振动传感器：质量块+弹簧+阻尼；装在被测物体上

6压电式传感器6.3压电传感器的应用

（2）压电式加速度传感器测量范围：固有频率一般40—64kHz，可测频率范围小于1/5—1/10的固有频率附加质量的影响：加速度降低，固有频率降低。（1）位移传感器电阻式、电感式、电容式和霍尔元件等传感器均可作为位移传感器只有当质量m较大，弹簧刚度较小，振动频率足够高时，质量块来不及跟随振动体一起振动，质量块相对基座的位移才近似等于振动体的振幅。产品压力变送器

加速度计力传感器6压电式传感器（3）压电式超声波传感器超声波传感器：压电效应和逆压电效应的一个应用：压电材料（发射探头）压电材料（接收探头）高频交变电压信号超声波传送交变电压信号高频超声波的波长短，不易产生绕射，碰到杂质或分界面就会有明显的反射，方向性好，能定向传播，在液体和固体中衰减小，有很强的穿透能力。超声波传感器的应用：无损、非接触检测

①超声波探伤（参见教材P92，图6-16）高频信号发生器（产生高频正弦信号）工件发射探头接收探头放大器显示高频信号发生器（产生高频正弦信号）发射探头接收探头放大A/D计