压电传感器发展与应用

4.6
周界报警系统
将长的压电电缆埋在泥土的 浅表层，可起分布式地下麦 克风或听音器的作用，可在 几十米范围内探测人的步行, 对轮式或履带式车辆也可以 通过信号处理系统分辨出来。 图为测量系统的输出波形。
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。
超声波传感器
1917年，法国物理学家朗 之万用天然压电石英制成 了夹心式超声波换能器， 并用来探查海底的潜艇。
应用原理为压电材料的正、 逆压电效应。
4.5
生物压电传感器
生物传感器，简单定义就是 将生物敏感物质的浓度转换 为电信号的一种检测仪器。 这些生物敏感物质包括酶、 抗体、抗原、微生物、细胞、 组织、核酸等生物活性物质。
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求实创新
第一阶段：60-70年代，传感器以电荷输 出为主，测量系统包括压电传感器和以 电荷放大器为主的信号适调装置。
3.2
第二阶段：80-90年代中期，出现了IEPE传感器， 也叫低阻抗电压输出传感器，它主要解决了压 电信号以高阻抗传输带来的一系列问题。
3.3
第三阶段：90年代中期至今，即插即用智能 TEDS混合模式接口传感器。
4.2
加速度传感器
它属于惯性式传感器。它是 利用某些物质如石英晶体的 压电效应，在加速度计受振 时，质量块加在压电元件上 的力也随之变化。当被测振 动频率远低于加速度计的固 有频率时，则力的变化与被 测加速度成正比。
4.3
交通检测
将高分子压电电缆埋在公路上，可以 获取车型分类信息（包括轴数、轴距、 轮距、单双轮胎）、车速监测、收费 站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、 交通数据信息采集（道路监控）及机 场滑行道等。
4.4
声波传感器
通过将隔膜连接到压电材料，当声 波击打隔膜时，压电材料将产生信 号。
现阶段应用并不广泛。
水听器
水听器又称水下传声器，是把 水下声信号转换为电信号的换 能器,是声呐的重要组成元件。 根据作用原理、换能原理、特 性及构造等的不同，有声压、 振速、无向、指向、压电、磁 致伸缩、电动（动圈）等水听 器之分。
4.7
工业、医疗卫生方面应用
工业方面的应用 车床中切削力的动态测量。
医疗卫生方面
4.8
智能穿戴设备
在鞋子下方放置压电等多 种传感器，对信息进行初 步处理和储存，通过信号 传递模块，将运动状态传 输到手机、电脑等电子设 备上，记录和知道运动， 实现穿戴设备智能化。
4.9
压电触摸屏
压电式触控技术介于电阻式与电容式触 控技术之间。电阻式设计简单，成本最 低，但电阻式触控较受制于其物理局限 性，如透光率较低，高线数的大侦测面 积造成处理器负担，其应用特性使之易 老化从而影响使用寿命。
02
压电传感器的分类
压电传感器的分类
石英晶体(天然，单晶休) 压电陶瓷(人工制造，多晶体)
高分子压电材料
2.1
石英晶体
•石英晶体是一种天然形成的性能极为优 异的单晶体压电材料。它具有稳定性好、
可靠性高、响应速度快、压电常数自然 变化率低(在20-200℃时，仅为-0.0001/摄 氏度 )等特点，广泛用于制作标准传感器 以及高精度传感器。
04
压电传感器的应用
压电传感器的应用
压力传感器 加速ຫໍສະໝຸດ Baidu传感器
生物压电传感器
声波传感器 超声波传感器
周界报警系统
交通检测
动
态
工业、医疗卫生
测
量
压电触摸屏
穿戴设备
薄膜压电传感器
4.1
压力传感器
压电式压力传感器大多是利用正压电效应制成的， 基于正压电效应的压力传感器。它的种类和型号 繁多，按弹性敏感元件和受力机构的形式可分为 膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片 和压电元件组成。
•这种材料质地柔软，可以拉伸成薄膜或套管状。 另外，价格便宜，不易破碎，具有防水性。其测 量范围可达80dB,频响范围从0.1Hz直至10九次方 Hz。可见它是一种较为理想的电声材料。 •高分子压电材料的工作溢度适用范围为100℃以 下，机械强度较低，不耐紫外线照射。
03
压电传感器技术的发展
3.1
2.2
压电陶瓷
•压电陶瓷不同于自然界其他电介质，在 外电场失去时，其内部极化区仍存有很 强剩余极化强度，如沿极化方向施加外 力，其表面也能产生电荷。换句话说， 压电陶瓷也具有压电效应。
•常用的压电陶瓷有钻钦酸铅系列压电陶 瓷(PZT)、非铅系压电陶瓷等
2.3
高分子压电材料
•高分子压电材料是近年来发展较快的一种新型压 电材料。它的特点是压电常数较高，如聚偏二氟 乙烯(PVF2或PVDF)的压电常数比压电陶瓷高十几 倍，其输出脉冲电压可直接驱动 CMOS集成门电 路。
生物压电传感器是将生物敏元件固定在石英晶体表 面，组成新型生物传感器，兼具生物材料的高选择 性和压电传感器高灵敏度的特点。当生物敏感元件 如抗体，与对应被测物质相结合是会增加压电传感 器的厚度，影响其谐振频率，通过对谐振频率的测 量可得出被测物质种类和浓度。 广泛应用于气态物质分析、微生物分析、细胞分析、 生物过程监测、反应动力学分析、蛋白质分析、核 酸分析、酶分析以及小分子生物物质分析等领域.
陈纪 卢超
压电传感器
发展及应用
张旭
目录
01
02
03
04
原理
分类
发展
应用
01
压电传感器原理
压电传感器原理
正压电效应：某些物质在沿一定方向受 到力的作用发生改变时，其表面会产生电 荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不 带电状态，这种效应叫正压电效应。 逆压电效应:在压电材料的两个电极面上， 如果加以交流电压，那么压电片能产生机 械振动，即压电片在电极方向上有伸缩现 象，压电材料的这种现象叫“电致伸缩效 应”，也叫“逆压电效应”。