生物医学传感压电式

（优选）生物医学传感压电式目前一页\总数六十六页\编于二十点上次课内容回顾自感式传感器差动变压器式传感器电涡流式传感器目前二页\总数六十六页\编于二十点

§7-1压电式传感器

工作原理---压电效应压电材料(石英、压电陶瓷）特性等效电路及测量电路压电传感器的应用目前三页\总数六十六页\编于二十点一、压电效应目前四页\总数六十六页\编于二十点目前五页\总数六十六页\编于二十点重要特性（双向有源器件）何为压电式传感器?目前六页\总数六十六页\编于二十点二、压电材料：具有压电效应的材料目前七页\总数六十六页\编于二十点纳米发电机目前八页\总数六十六页\编于二十点高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆

目前九页\总数六十六页\编于二十点目前十页\总数六十六页\编于二十点⑴石英晶体的压电效应天然形成的石英晶体外形目前十一页\总数六十六页\编于二十点石英晶体三个晶轴光轴：z

电轴：x

机械轴：y目前十二页\总数六十六页\编于二十点石英晶体的产生压电效应的物理过程：目前十三页\总数六十六页\编于二十点Y+++---X(a)FX=0P1P2P3

作用力与产生电荷之间的关系：FXXY++++－－－－FX(b)FX<0+++---P1P2P3(P1+P2+P3)X>0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0目前十四页\总数六十六页\编于二十点（P1+P2+P3）X<0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0(c)FX>0Y+++--X-+++－－－FXFXP2P3P1+－目前十五页\总数六十六页\编于二十点目前十六页\总数六十六页\编于二十点石英晶体切片石英晶体薄片双面镀银并封装目前十七页\总数六十六页\编于二十点目前十八页\总数六十六页\编于二十点（2）压电陶瓷的压电效应目前十九页\总数六十六页\编于二十点目前二十页\总数六十六页\编于二十点目前二十一页\总数六十六页\编于二十点目前二十二页\总数六十六页\编于二十点三、压电方程或目前二十三页\总数六十六页\编于二十点目前二十四页\总数六十六页\编于二十点F1XY++++－－－－F1F1<0+++---P1P2P31、纵向效应传感器2、横向效应传感器

目前二十五页\总数六十六页\编于二十点四、等效电路与测量电路＋＋＋＋――――Q电极压电晶体(a)QCa(b)其电容量为：当两极板聚集异性电荷时，则两极板呈现一定的电压，其大小为：理想等效电路：目前二十六页\总数六十六页\编于二十点QCtUaUa＝Q/CaQ＝UaCaCa（a）电压等效电路（b）电荷等效电路目前二十七页\总数六十六页\编于二十点电荷型电压型

压电传感器实际的等效电路Ca传感器的固有电容Ci前置放大器输入电容Cc

连线电容Ra传感器的漏电阻Ri前置放大器输入电阻目前二十八页\总数六十六页\编于二十点【例1】一只x切型的石英晶体压电元件，其d11=2.31×10-12C/N，相对介电常数εr=4.5，横截面积A=5cm2，厚度h=0.5cm。求：(1)纵向受Fx=9.8N的压力作用时压电片两电极间输出电压值为多大？(2)若此元件与高输入阻抗运放连接时连接电缆的电容为Cc=4pF，该压电元件的输出电压值为多大？目前二十九页\总数六十六页\编于二十点前置放大器也有两种形式：

电压放大器：其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；电荷放大器：其输出电压与输入电荷成正比。测量电路

压电式传感器的前置放大器有两个作用：1.把传感器的高输出阻抗换成低阻抗输出；2.放大传感器输出的弱信号目前三十页\总数六十六页\编于二十点

1、电压放大器

压电元件所受作用力

传感器电压灵敏度Ku：传感器的输入电压：目前三十一页\总数六十六页\编于二十点电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。

2、电荷放大器在放大器开环增益A足够大时：灵敏度与电缆电容无关目前三十二页\总数六十六页\编于二十点五、压电传感器的应用1、压电式加速度传感器目前三十三页\总数六十六页\编于二十点2、

压电式压力传感器目前三十四页\总数六十六页\编于二十点流量显示1789输出信号换能器换能器接收接收发射发射压电式流量计3、

压电式流量计目前三十五页\总数六十六页\编于二十点4、

压电式传感器的其他应用目前三十六页\总数六十六页\编于二十点目前三十七页\总数六十六页\编于二十点目前三十八页\总数六十六页\编于二十点汽车安全气囊系统事故性碰撞：点火信号、电点火管、气体发生剂、气体、充气、弹性体目前三十九页\总数六十六页\编于二十点压电式血压传感器指套式电子血压计生物医学中的应用:另外，医用超声仪器：超声治疗机、超声多普勒血流记、超声手术刀、超声显微镜等等心内导管压电微音器目前四十页\总数六十六页\编于二十点作业：超声多普勒血流记目前四十一页\总数六十六页\编于二十点§7-2声表面波传感器一、声表面波的基本原理二、SAW传感器的工作原理三、SAW传感器的主要应用4/29/202342目前四十二页\总数六十六页\编于二十点一、声表面波的基本原理1.声表面波简介目前四十三页\总数六十六页\编于二十点瑞利波示意图

瑞利波质点运动随深度的变化

瑞利波（Rayleigh波）

目前四十四页\总数六十六页\编于二十点勒夫波（Lovewaves）

目前四十五页\总数六十六页\编于二十点2.声表面波的发展历史目前四十六页\总数六十六页\编于二十点3.声表面波的技术特点4、声表面波器件可以十分方便地产生高频信号；1、具有较低的传播速度，由于声表面波的传播速度仅为电磁波的1/10-5，在其传播路径上容易取样和进行处理；2、低成本，利用半导体工艺的光刻技术（平面工艺）；3、高强度，易于设计；目前四十七页\总数六十六页\编于二十点目前四十八页\总数六十六页\编于二十点目前四十九页\总数六十六页\编于二十点SAW器件的工作原理：通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声电换能器的特性来完成的。二、SAW传感器的基本原理目前五十页\总数六十六页\编于二十点1、SAW叉指换能器的工作原理（a）单指叉指换能器，（b）双电极叉指换能器。

目前五十一页\总数六十六页\编于二十点IDTs的参数：（1）叉指对数N；（2）孔径W(指条长度）；（3）指条宽度a；（4）指条间隔宽度b；（5）叉指的周期M。

均匀叉指换能器的指条宽度等于指条间隔宽度，即a=b=M/4目前五十二页\总数六十六页\编于二十点压电基片内出现的电场分布

目前五十三页\总数六十六页\编于二十点基片上电极制作流程示意图。（a）基片前处理；（b）镀金属膜；（c）-（d）在金属层上光刻；（e）金属层腐蚀；（f）除胶。2、SAW叉指换能器的制备目前五十四页\总数六十六页\编于二十点目前五十五页\总数六十六页\编于二十点3、SAW传感器的基本原理SAW传感器特性SAW传感器优势目前五十六页\总数六十六页\编于二十点三、SAW传感器的主要应用温度传感器压力传感器湿度传感器陀螺仪（角速率）气体(化学)传感器液体(生物)传感器压力检测温度检测电子标签识别物理传感器无线传感器化学、生物传感器目前五十七页\总数六十六页\编于二十点1、SAW温度传感器目前五十八页\总数六十六页\编于二十点2、SAW压力传感器应用：在某些心脏肺部驱动以及一些生物技术、工艺流程中得到较好的应用。目前五十九页\总数六十六页\编于二十点4、SAW气体传感器现有气体传感技术：目前六十页\总数六十六页\编于二十点结合敏感膜材料的SAW气体检测的基本原理：