第六章压电传感器汽车
压电传感器工作原理
压电传感器工作原理
压电传感器是一种能够将机械压力转化为电信号的传感器。
它的工作原理基于压电效应，该效应是指材料在受到压力时会产生电荷，反之亦然。
压电传感器通常由压电陶瓷材料构成，如压电晶体、压电陶瓷等。
当外部施加压力时，压电材料的晶格结构被压缩，导致内部的电荷分布发生改变。
这种电荷分布的改变可以通过连接在压电材料两端的电极上，形成电压信号输出。
在压电传感器中，压电材料通常被固定在一个机械结构上，这样当外部施加压力时，机械结构会变形，从而导致压电材料发生压缩或拉伸。
通过检测压电材料的电荷变化，就可以获得与外部施加压力相关的电压信号。
压电传感器具有很高的灵敏度和频率响应，能够测量极小的压力变化。
它广泛应用于汽车制动系统、工业自动化、医疗设备等领域。
此外，压电传感器还被用于制造声音传感器、加速度计、压力传感器等其他类型的传感器。
传感器课件6章压电式传感器
在压力测量中的应用
总结词
压电式传感器在压力测量中具有高精度、低迟滞和抗干扰能力强的特点，适用于各种压力测量场合。
详细描述
压电式传感器利用压电材料的压电效应，将压力转换成电信号，通过测量电信号的大小来推算出压力 的大小。在压力测量中，压电式传感器广泛应用于气体、液体和蒸汽的压力测量，以及医疗、化工和 航空航天等领域的高精度压力测量。
03
压电式传感器的信号调理
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
前置放大器
前置放大器的作用
前置放大器是压电式传感器信号 调理中的重要环节，其主要作用 是将传感器输出的微弱信号放大 ，以便后续的信号处理和分析。
前置放大器的选择
在选择前置放大器时，需要考虑 放大器的增益、输入阻抗、输出 阻抗、带宽和噪声等参数，以确 保放大后的信号质量满足要求。
压力测量
由于压电式传感器能够检测微小的压 力变化，因此可以用于压力测量领域 ，如气瓶压力监测等。
生物医学应用
在生物医学领域，压电式传感器可用 于监测生理信号，如心电图、脑电图 等。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
02
压电式传感器的结构和工作原理
压电材料的种类和特性
逆压电效应
当压电材料受到拉伸或扭曲时，同 样会在垂直于作用力方向的平面上 产生电荷，称为逆压电效应。
压电式传感器的特点
高灵敏度
由于压电材料的压电效应，压 电式传感器具有很高的灵敏度 ，能够检测微小的形变和压力
变化。
快速响应
压电式传感器的响应速度很快 ，能够在极短的时间内对压力 变化做出响应。
结构简单
第六章压电传感器
F Poling axis
应力(106 Pa)
20mm Open circuit Voltage F
Q=kF U=Q/C
19
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压电材料的应用 高压打火
压电体
20
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压电材料的应用 原子力显微镜中的应用 用作微小位移调节探针
high-voltage amplifier
31
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压电传感器的信号调节
电荷放大器(一般情况)
-k
ui 等效电路
Cf
C
Q
uo
Q uo = C + Cf + Cf k
qc + qcf = Q
uo = -kui
32
Cui + Cf(ui - uo )= Q
-Cuo /k + Cf(-uo /k - uo )= Q
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压电传感器的信号调节
Q uo = C + Cf + Cf k
选用高增益的运放： 电荷放大器的输出电压
K
Q uo = Cf
只与反馈电容的大小、压电体产生的电荷量有关， 而与压电体的电容、电缆的对地电容等无关。
33
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压电振动传感器 压电振动传感器
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37
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Typical Frequency Response Curve
low frequency limit determjned by RC roll-off characteristics
Usable Range
第六章 压电式传感器
测量时，需把压电传感器用电缆接于前置放大
器。
1、电压放大器
等效电阻
R R a // R i
Ra Ri Ra Ri
等效电容
C Ca Ci
在力作用下产生的电压：
u d Fm Ca s in t U m s in t
送入放大器输入端的电压为：
R R 1 j C 1 j C R 1 j C a R 1 j C 1 j C u j R C a 1 j R ( C C a )
q1 d 1 4
4
X切晶片
Y切晶片
q 2 d 2 5 5
厚度剪切变形(TS方式)
q 2 d 2 6 6
Y切晶片
（四）弯曲变形(BS方式)
它不是基本变形方式，而是拉、压、切应力 共问作用的结果。根据具体情况选择合适的 压电常数。
体积变形（VE）方式
对于BaTiO3压电陶瓷，
还有体积变形方式。
U im
d Fm R 1 R (C a C i C c )
2 2 2
高 频 R 1
U im
d F im Ca Ci Cc
为定值。
低的高频响应很好。
• 电荷放大器
– 是一个带电容负反馈的高增益运算放大器。 – 等效电路图如图所示。
第三节 压电元件常用结构形式
第三节 压电元件的常用结构形式
一、压电元件的基本变形
(一)厚度变形(TE方式) 石英晶体的纵向压电效 应，产生的表面电荷密 度为
q 1 d 1 1 1
(二)长度变形(LE方式) 利用石英晶体的横向压 电效应，表面电荷的计 算式为
q1 d 1 2 2
传感器原理及应用压电式传感器.完美版PPT
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理
z
3、石英晶体压电效应作用力与电荷关系
若从晶体上沿y方向切下一块晶片，当沿 电轴x方向施加应力时，晶片将产生厚度变形，
O
y
并发生极化现象。在晶体线性弹性范围内，极
x
化强度与应力成正比。
在垂直于x轴晶面上产生的电荷量为
b
z
q1 1d1 1 Fx
x
y
d11—压电系数。下标的意义为产生电荷的 面的轴向及施加作用力的轴向；a、b、c—石
这些自由电荷与陶瓷片内的束缚 电荷符号相反而数量相等，屏蔽和抵消 了陶瓷片内极化强度对外界的作用。
电极
自由电荷
-----
＋＋＋＋＋
极化方向
- - - - - 束缚电荷
＋＋＋＋＋
陶瓷片内束缚电荷与电极上 吸附的自由电荷示意图
因此，无外力或外场 作用时，极化处理后的压 电陶瓷也表现不出来对外 界的电场或应力。
产生电荷q11和q12的符号，决定于受压力
c a
还是受拉力。
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 4、石英晶体压电效应特点
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 5、压电陶瓷的压电效应
压电陶瓷是人工制造的多晶体 压电材料。
材料内部的晶粒有许多自发极 化的电畴，有一定的极化方向，从 而存在电场。
英晶片的长度、厚度和宽度。
c a
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理
z
3、石英晶体压电效应作用力与电荷关系
若在同一切片上，沿机械轴y方向施加应 力，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷为
O
y
a q 12 d 12 b F y
检测技术第6章部分练习答案
.精品 第六章 压电传感器 思考题与习题 答案1．单项选择题1）将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的___C ___；蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的___D ___。
A. 应变效应B. 电涡流效应C.压电效应D. 逆压电效应2）在实验室作检验标准用的压电仪表应采用___D ___压电材料；能制成薄膜，粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用___C ___；用在压电加速度传感器中测量振动的压电材料应采用__B____。
A. PTCB. PZT C .PVDF D. SiO 23）使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量___C ___。
A. 人的体重B. 车刀的压紧力C. 车刀在切削时感受到的切削力的变化量D. 自来水管中的水的压力4）动态力传感器中，两片压电片多采用___B ___接法，可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用___A ___接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。
A. 串联B.并联C. 既串联又并联5）测量人的脉搏应采用灵敏度K 约为___A ___的PVDF 压电传感器；在家用电器（已包装）做跌落试验，以检查是否符合国标准时，应采用灵敏度K 为___B ___的压电传感器。
A. 10V/gB. 100mV/gC. 0.001mV/g6）PZT 是利用____B ____的原理工作的，它是用____H ____材料制作的；上网查阅GMM ，是利用___A ____的原理工作的，它是用____E ____材料制作的。
A.超磁致伸缩效应B.压电效应C. 逆压电效应D.热敏效应E.稀土铁磁合金F. 含镍铁磁合金G. 高分子H. 压电陶瓷2．用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pC/g （g 为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mV/pC ，试确定输入3g （平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压o U （平均值，不考虑正负号）为____B ____mV 。
传感器原理与应用习题第6章压电式传感器
《传感器原理与应用》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第6章 压电式传感器6-1 何谓压电效应？何谓纵向压电效应和横向压电效应？答：一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。
且其电位移D(在MKS 单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T 成正比： D = dT 式中 d —压电常数矩阵。
当外力消失，电介质又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。
这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。
若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变S 与外电场强度E 成正比： S=d t E 式中 d t ——逆压电常数矩阵。
这种现象称为逆压电效应，或称电致伸缩。
6-2 压电材料的主要特性参数有哪些？试比较三类压电材料的应用特点。
答：主要特性：压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点。
压电单晶：时间稳定性好，居里点高，在高温、强辐射条件下，仍具有良好的压电性，且机械性能，如机电耦合系数、介电常数、频率常数等均保持不变。
此外，还在光电、微声和激光等器件方面都有重要应用。
不足之处是质地脆、抗机械和热冲击性差。
压电陶瓷：压电常数大，灵敏度高，制造工艺成熟，成形工艺性好，成本低廉，利于广泛应用，还具有热释电性。
新型压电材料：既具有压电特性又具有半导体特性。
因此既可用其压电性研制传感器，又可用其半导体特性制作电子器件；也可以两者合一，集元件与线路于一体，研制成新型集成压电传感器测试系统。
6-3 试述石英晶片切型（︒︒+45/50yxlt ）的含意。
6-4 为了提高压电式传感器的灵敏度，设计中常采用双晶片或多晶片组合，试说明其组合的方式和适用场合。
答：（1）并联：C ′＝2C ，q ′=2q,U ′=U,因为输出电容大，输出电荷大，所以时间常数，适合于测量缓变信号，且以电荷作为输出的场合。
压电传感器(第六章)
电路并联
电路串联
C 2C,Q ' 2Q,U ' U C ' C ,U ' 2U ,Q ' Q
2
U’
+++++++++++ +
____________ _
___________
+++++++++++
+ _
U’
+++++++++++ + ___________ _ ++ + + + + + + + + + + _ ____________ +
第六章 压电传感器
主要内容
1.压电效应 2.压电材料 3.压电元件结构 4.等效电路与测量电路 5.压电传感器的应用
1
概述
压电式传感器是一种典型的自发电型传感 器，以电介质的压电效应为基础，外力作用 下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量 测量。 压电式传感器可以对各种动态力、机械 冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、 导航方面都得到广泛的应用。
25
聚偏氟乙烯压电材料
聚 偏 氟 乙 烯 压 电 效 应
26
高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆
27
可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板
28
压电式脚踏报警器
29
6.3 压电元件结构形式
单片压电元件产生的电荷量甚微，为了提高压电传 感器的输出灵敏度， 在实际应用中常采用两片（或两 片以上）同型号的压电元件粘结在一起。 由于压电材 料的电荷是有极性的，因此接法也有两种。
传感器第六、七、八章思考题及习题
第六章 思考题与习题1、什么是压电效应？答：沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力取消，又重新回到不带电状态，这一现象称为正压电效应。
当在某些电介质的极化方向上施加电场，这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场散去，这些变形和应力也随之消失，此即称为逆压电效应。
2、为什么压电传感器不能测量静态物理量？ 答：压电元件送入放大器的输入电压由上式可知，用·当作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度与电缆长度无关？ 答：p115 ●补充题：1、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力p=10MPa 作用时，求产生的电荷及输出电压：①零度X 切的纵向石英晶体；②利用纵向效应之BaTiO 3（压电陶瓷）。
已知：S=20 mm 2，δ=10mm ，P=10MPa ， 求：Q=？，V=？ 解：①∵ PS d F d Q 1111== 而：)/(1031.21211N c d -⨯= ∴ c PS d Q 10111062.4-⨯== 又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.85.412-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(8.5797/0V SQ C Q U r a ===εεδ解②∵ PS d F d Q 3333== 而：)/(10901233N c d -⨯= ∴ c PS d Q 833108.3-⨯== 同上：又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.8120012-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(3.1788/0V SQ C Q U r a ===εεδ2、某压电晶体的电容为1000pF;Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的输入阻抗为1M Ω和并联电容为50pF,求；①压电晶体的电压灵敏度；②测量系统的高频响应③如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率时多少？④如频率为10Hz,允许误差为5%,用并联方式，电容值是多少？已知：pF C M R pF C N c k pF C i i c q a 5013000/5.21000=Ω====；；；； 求： 解①∵ a q V C k k /= ∴ )/(105.29N V k V ⨯= 解②依据教材p113(6-14)式 ∵ ic a m im V C C Cd F U k ++=∞=33/)(；而：3333//d F F d F Q k q ===∴ )/(1017.68N V C C C k k ic a qV ⨯=++=解③依据教材p113(6-15)式 因： 222)(1)()(i c a i c a C C C R C C C R k +++++=ωωω高频响应时：1)(*=∞=k k而：%5)(**≤-kk k Lωγ 则：%95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中： 解得：Hz f LCL 5.1192==πω 解④因： %5)(**≤-k k k Lωγ 则： %95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中：解得：pF C C C C c a 48447=++=3、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ,试求该机器的振动加速度。
《压电传感器》课件
接线与调试
按照说明书的接线图进行 正确接线，并进行必要的 调试和校准，以确保传感 器正常工作。
压电传感器的日常维护
定期检查
定期检查传感器的外观、 连接线和固定情况，确保 传感器无损坏、无松动。
清洁与除尘
定期清洁传感器表面，保 持清洁，避免灰尘和污垢 影响测量精度。
防潮防震
在潮湿和震动环境中使用 时，采取相应的防潮和防 震措施，以保护传感器不 受损坏。
《压电传感器》PPT课件
目 录
• 压电传感器简介 • 压电传感器的类型与结构 • 压电传感器的特性分析 • 压电传感器的使用与维护 • 压电传感器的发展趋势与展望
01
压电传感器简介
压电传感器的工作原理
01
压电传感器是一种利用压电效应 原理制成的传感器。当受到外力 作用时，压电材料会产生电荷， 从而实现对压力的测量。
压电元件
是压电传感器的主要部 分，负责将压力信号转
换为电信号。
信号处理电路
对压电元件输出的电信 号进行处理，包括放大
、滤波、补偿等。
输出接口
将处理后的信号输出到 外部设备，如计算机、
显示器等。
保护壳体
保护传感器免受外界环 境的影响，如温度、湿
度、尘埃等。
压电传感器的材料
压电晶体
如石英、钛酸钡等，具有较高的压电常数和灵敏度。
用于血压、心电等生理参数的 测量，为医疗诊断提供准确数 据。
环境监测
用于气象、地震、水文等领域 的气压、风速、流量等参数的 测量，为环境保护和灾害预警
提供支持。
压电传感器的优缺点
优点
高灵敏度、高精度、低迟滞、抗干扰能力强、稳定性好等。
缺点
易受温度、湿度等环境因素影响，需要定期校准和维护，成 本较高。
汽车上的霍尔压电传感器
压电式压力传感器压电式压力传感器主要应于压力和力等的测量中,也可以用于发动机内部燃烧压力及真空度的测量,既能测量大的压力,也能测量微小的压力,如:进气歧管绝对压力传感器、爆震传感器。
由于压电式压力传感器经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存,所以这决定了它只能测量动态的应力,而不能用于静态测量。
由于它能够承受高温和相当高的湿度,所以在汽车等领域中得到了广泛的应用。
2 压电制动器当汽车在低速行驶过程中,制动片接触转子会产生振动,有时表现为刺耳的噪音。
这种噪音虽不影响制动的性能,但却会导致不必要的更换制动片和加装用于消除噪音的垫片、消音材料和其他部件。
在汽车的制动器活塞里安装一种简单的压电陶瓷制动器,向内部制动块的支撑板施加一定的频率“抖动”,将有效抑制产生尖利噪音的振动,从而能在温度、湿度变化和制动系统正常磨损的情况下发挥作用。
由于不需要安装探测器或逻辑系统以确定适当的控制频率,所以这种装置结构简单、实用。
3 爆震传感器爆震传感器由压电振子、金属片、密封垫、金属外壳等构成。
压电振子产生的电荷与发动机气缸发生的振动成正比,所产生的电压经屏蔽线进入电控单元,由此检测出7kHz左右振动所产生的电压电控单元根据这一电压的大小判断爆震强度,及时修正点火提前角,使发动机在接近爆震、热效率最高、燃料消耗量最少的点火时刻工作,实现无爆震工作状态,保证发动机以最大可能的功率与经济指标运转。
4 超声波传感器超声波传感器用作汽车倒车防撞报警器装置,也被称为超声波倒车雷达或倒车声纳系统,尤其适用于加长型装载汽车、载重大货车、矿山汽车等大型车辆。
超声波传感器通常由铝合金外壳、压电陶瓷换能器、吸声材料、引线电极所构成。
其具有水平方向特性宽,而垂直方向受到限制的方向性。
原理上它是利用锆钛酸铅PZT压电陶瓷在电能与机械能之间相互转换的正、逆压电效应,既在压电陶瓷加一电信号,便产生机械振动而发射超声波,当超声波在空气传播途中碰到障碍物时立即被反射回来,作用于压电陶瓷时,则会有电信号输出,然后通过数据处理时间差测距,计算并显示出车与障碍物的距离并可在危险相撞时报警。
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28
高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器
将厚约0.2mm左右的PVDF 薄膜裁制成1020mm大小。在它 的正反两面各喷涂透明的二氧化 锡导电电极，再用超声波焊接上 两根柔软的电极引线。并用保护 膜覆盖。 质量块 使用时，用瞬干胶将其粘 贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎 的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振 动，表面产生电荷Q ，在两个 输出引脚之间产生窄脉冲报警信 号。
2013-7-29 29
2．压电式周界报警系统
（用于重要位置出入口、周界安全防护等）
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。右图 为测量系统的输出波形。
2013-7-29 30
3.交通监测
2013-7-29 40
五、压电加速度传感器的安装及使用
a)双头螺丝固定 b)磁铁吸附
1—压电式加速度传感器 4—粘接剂
2013-7-29
c)胶水粘结
d)手持探针式
3—磁钢
2—双头螺栓
5—顶针
41
六、压电振动加速度传感器
在汽车中的应用
加速度传感器可以用于判断汽车的碰撞，从 而使安全气囊迅速充气，从而挽救生命；还可安 装在气缸的侧壁上，尽量使点火时刻接近爆震区 而不发生爆震，但又能使发动机输出尽可能大的
2013-7-29 24
超小型电荷放大器模块
主要指标:
灵 敏 度：1、10、100mV/pC(任选一档) 频率范围：0.3～100KHz(上、下限可选) 噪声(最大灵敏度)：输出端小于1mV 归 一 化：外接电阻调整 线性误差：1% 最大输出：±5V或±10V 电 源：±6V～±15V 特点：可组成经济的多点测试系统
2013-7-29 2
一、压电效应
天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚 石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到 压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷 Q与所施加的力F成正比 ，这种现象称为压电效 应 。还有一些人造的材料也具有压电效应。 若在电介质的极化方向上施加交变电压，它 就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质 的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电 致伸缩效应）。
存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。
2013-7-29 32
音叉式料位开关
工作原理： 运用音叉的 “ 共振 ” 原理， 振动管和内置的振动棒构成 280Hz 振频的 “ 音叉 ” 共 振探头，在压电元件的驱动 下，发生振动。当探头触及 测定物时，振动幅度急剧减 小，由此转化为电子信号， 使继电器进行开关动作...
2013-7-29 47
七、振动的频谱分析及仪器
测量时域图形用的是示波器，测量频 域图形用频谱仪.
时域图形
2013-7-29
48
频谱仪
频域图形
（频谱图）
频谱图或频域图：它的横坐标为频率f，纵坐标 可以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了 在频率范围之内，对应于每一个频率分量的幅值。
2013-7-29 49
Q uo Cf
6-4
电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转 换为电压（Q/U转换器），但并无放大电荷的 作用，只是一种习惯叫法。
2013-7-29 22
四通道电荷放大器外形
.
2013-7-29
23
上图所示的四通道电荷放大器指标
（参考东方振动和噪声技术研究所资料）
灵 敏 度：0.1～1000mV/pC 频率范围：0.3～100KHz 噪声(最大增益)：折合至输入端小于5µ V 准 确 度：1% 最大输出：±10V/10mA 电 源：220V/50Hz 控制方式： 计算机或手动 焊接式 电荷放大器
有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因
此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在
交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给 测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量 （一般必须高于100Hz，但在50kHz以上时，灵敏 度下降）。
2013-7-29 5
二、压电材料的分类及特性
压电传感器中的压电元件材料一般有 三类： 一类是压电晶体（如上述的石英晶 体）； 另一类是 经过极化处理的 压电陶 瓷；第三类是高分子压电材料。
2013-7-29
6
（一）石英晶体
天然形成的石英晶体外形
2013-7-29 7
天然形成的石英晶体外形（续）
2013-7-29
8
石英晶体切片及封装
石英晶体薄片
双面镀银并封装
2013-7-29 9
石英晶体振荡器（晶振）
晶振
2013-7-29
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。 10
从振动信号的统计特征来看，可将振动分为 周期振动、非周期振动以及随机振动等。
2013-7-29
35
地震的巨大威力
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地震波形
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二、测振传感器分类
测振用的传感器又称拾振器，它有
接触式和非接触式之分。接触式中有磁 电式、电感式、压电式等；非接触式中 又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电 式等。下面介绍压电式测振传感器及其 应用。
串联方法正电荷集中于上极板，负电荷集中于下极板，传感 器本身的电容量小、响应快、输出电压大，故这种传感器适 用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。
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压电片并联和串联
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第二节
压电传感器的测量转换电路
电荷放大器的输出Βιβλιοθήκη 压仅与输入电荷 和反馈电容有关，电缆长度等因素的影响 很小：
破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较 大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围 较宽，测量动态范围可达80dB。
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高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆
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可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板
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压电式脚踏报警器
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无铅压电陶瓷及其换能器外形
（上海硅酸盐研究所研制）
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高分子压电薄膜及拉制
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（三）高分子压电材料
典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯
（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚
氯乙烯（PVC）等。它是一种柔软的压电材料，
可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易
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其他电荷放大器外形
面板式电荷放大器
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其他电荷放大器外形（续）
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第六章：第三节
1. 玻璃打碎报警装置
将高分子压电测
压电传感器的应用
一、高分子压电材料的应用 粘贴 位置
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。
电
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爆震传感器结构与工作原理
低速
ECU测出电压，并 根据其电压大小来 判断爆震强度
高速
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皇冠3.0爆震传感器检测
测电阻：
1号爆震传感器
KNK1
KNK2
检测爆震传感器接 线端与外壳之间的 电阻，应为∞，若 为0则需更换。
2号爆震传感器
测信号电压： 在发动机怠速时用 示波器检测传感器 信号输出端KNK与 E1之间的脉冲波形。
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压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用
压电传感器测量 双腿跳的动态力
压电式步态 分析跑台 压电式纵跳 训练分析装置
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第六章：第四节
一、振动的基本概念
振动测量及频谱分析
振动可分为机械振动、土木结构振动、运输 工具振动、武器、爆炸引起的冲击振动等。
从振动的频率范围来分，有高频振动、低频 振动和超低频振动等。
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爆震测量
安装位置
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气缸体上
火花塞上
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爆震传感器结构与工作原理
引线
利用压电陶瓷的 压电效应工作
压电元件
配重块
发动机缸体发生振动， 传递到传感器，传感器 外壳和配重块发生相对 运动，压电元件受到挤 压，产生压电效应 压力、位移
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电
电、位移
振动 电、震动
频谱仪外形（续）
频域图
（频谱图）
（参考深圳安泰信电子有限公司资料）
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频域图形
对应于 时域波形 （失真的 正弦波）
的谱线图
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振动时域/频域图形（参考东方振动和噪声技术研究所资料）
不同频率的正弦波频谱变化
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振动时域/频域图形（续）
（参考东方振动和噪声技术研究所资料）
高分子压电薄膜制作的压电喇叭
（逆压电效应）
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第三节：压电片的并联和串联
在实际应用中，由于单片的输出电荷很小，因此，组成压电 式传感器的晶片不止一片，常常将两片或两片以上的晶片粘 结在一起。粘结的方法有两种，即并联和串联。 并联方法两片压电晶片的负电荷集中在中间电极上，正电荷 集中在两侧的电极上，传感器的电容量大、输出电荷量大、 时间常数也大，故这种传感器适用于测量缓变信号及电荷量 输出信号。
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