压电式力学传感器总结
压电式力传感器
石英晶体的压电效应演示
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。
4
压电效应是可逆的 在介质极化的方向施加电场时，电介质会产生 形变，将电能转化成机械能，这种现象称
“逆压电效应”。 •压电元件可以将机械能——转化成电能 也可以将电能——转化成机械能。
Z
Z
Y Y
X X
(a ) (b)
石英晶体
(a)理想石英晶体的外形 (b)坐标系 8
Y -
Y +
X
+
+
(b)
X
(a)
硅氧离子的排列示意图
(a) 硅氧离子在Z平面上的投影 （b）等效为正六边形排列的投影
石英晶体具有压电效应，是由其内部结构决定的。 组成石英晶体的硅离子 Si4+和氧离子 O2- 在 Z平面投影， 如图 ( a ) 。为讨论方便，将这些硅、氧离子等效为图 ( b ) 中正六边形排列，图中“＋”代表 Si 4 + ，“－”代表 2O2-。 9
2．压电陶瓷压电效应产生的机理
压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多晶压电材料， 它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。电畴是分子自发形成 的区域，它有一定的极化方向，从而存在一定的电场。在无外电 场作用时，各个电畴在晶体上杂乱分布，它们的极化效应被相互 抵消，因此原始的压电陶瓷内极化强度为零，见图（a）。
直流电场E 剩余极化强度
电场作用下的伸长 (a)极化处理前 (b)极化处理中
剩余伸长 (c)极化处理后
15
但是，当把电压表接到陶瓷片的两个电极上进行测量时，却无 法测出陶瓷片内部存在的极化强度。这是因为陶瓷片内的极化强 度总是以电偶极矩的形式表现出来，即在陶瓷的一端出现正束缚 电荷，另一端出现负束缚电荷。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片 的电极面上吸附了一层来自外界的自由电荷。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，它起着屏蔽和抵消陶瓷 片内极化强度对外界的作用。所以电压表不能测出陶瓷片内的极 化程度，如图。
压电式压力传感器原理特点及应用
压电式压力传感器原理特点及应用压电效应是压电材料受到外力时会产生电荷的现象。
压电材料具有这种特性的原因是在材料内部存在着一种称为压电效应的耦合效应，即机械能与电能之间的相互转换。
当外力作用在压电材料上时，会导致材料内部的正负离子产生位移，形成电偶极矩，从而产生电荷。
该电荷可以通过导线或电极传递到外部电路中，产生电压信号。
根据压电效应的特性，压电材料通常是通过连接传感器的终端来感受外部力或压力的变化。
1.高灵敏度：压电材料的压电系数比较大，对外界力或压力的变化非常敏感，能够很好地转换为电信号输出。
2.宽测量范围：压电式压力传感器的测量范围通常为几千帕到几百兆帕，能够满足不同应用场景的需求。
3.稳定性好：压电材料的压电效应相对稳定，且传感器无需额外的温度、湿度校正，不易受外界条件的干扰。
4.快速响应：由于压电材料具有较低的惯性和刚性，能够在短时间内响应外部力或压力变化。
1.工业自动化控制：压电式压力传感器可以用于工业自动化控制系统中，用于监测压力值，如液体或气体管道的压力、机械设备的载荷等。
2.汽车工程：压电式压力传感器广泛应用于汽车工程领域，如发动机进气管压力、轮胎压力、刹车系统压力等的检测。
3.生物医学领域：压电式压力传感器可用于测量人体血压、血氧饱和度、心脏健康状态等，用于临床监测和医疗设备。
4.航天航空领域：压电式压力传感器应用于航天器的气压监测、飞机的液压系统监测等，对于保证飞行安全起到重要作用。
5.环境监测：压电式压力传感器用于测量大气压力、水深、土壤压力等环境参数的监测，可用于气象、水利、地质等领域。
总之，压电式压力传感器以其高灵敏度、快速响应、稳定性好等特点，在多个领域中得到广泛的应用，为实时监测和控制提供了重要的技术支持。
压力传感器知识点总结
压力传感器知识点总结一、压力传感器的概念及分类压力传感器是一种能够将物体外部施加的压力转变成电信号输出的装置。
它可以将压力大小转化为电信号输出，通常用于测量液体、气体或固体的压力。
根据测量原理和测量对象的不同，压力传感器可以分为多种类型，常见的有压阻式压力传感器、压力变送器、电容式压力传感器和压电式压力传感器等。
1. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器是利用压阻效应来测量被测压力的装置。
当被测压力作用在敏感元件上时，敏感元件发生形变，从而改变了电阻值。
通过检测电阻值的变化，就可以得到被测压力的大小。
压阻式压力传感器的优点是价格低廉，输出信号稳定，但灵敏度较低，精度一般较低。
2. 压力变送器压力变送器也是一种常见的压力传感器，它一般由感压元件和信号处理电路组成。
感压元件将被测压力转化为位移，再由信号处理电路将位移信号转化为电信号输出。
压力变送器具有输出信号稳定、精度高、灵敏度高等优点，广泛应用于工业自动化领域。
3. 电容式压力传感器电容式压力传感器是利用被测压力作用下的电容值变化来测量压力大小的装置。
当被测压力作用在感应体上时，感应体发生形变，从而改变了电容值。
通过检测电容值的变化，就可以得到被测压力的大小。
电容式压力传感器具有灵敏度高、精度高的特点，但价格较高。
4. 压电式压力传感器压电式压力传感器是利用压电效应来测量被测压力的装置。
当被测压力作用在压电晶体上时，压电晶体产生电荷，从而产生电压信号输出。
压电式压力传感器具有输出稳定、精度高、频率响应快的优点，但价格较高。
二、压力传感器的工作原理1. 压阻式压力传感器的工作原理压阻式压力传感器是利用压阻效应来测量被测压力的装置。
当被测压力作用在敏感元件上时，敏感元件发生形变，从而改变了电阻值。
通过检测电阻值的变化，就可以得到被测压力的大小。
2. 压力变送器的工作原理压力变送器一般由感压元件和信号处理电路组成。
感压元件将被测压力转化为位移，再由信号处理电路将位移信号转化为电信号输出。
传感器实验心得体会(精选7篇)
传感器实验心得体会（精选7篇）传感器实验心得体会篇1在做测试技术的实验前，我以为不会难做，就像以前做物理实验一样，做完实验，然后两下子就将实验报告做完。
直到做完测试实验时，我才知道其实并不容易做，但学到的知识与难度成正比，使我受益匪浅。
在做实验前，一定要将课本上的知识吃透，因为这是做实验的基础，否则，在老师讲解时就会听不懂，这将使你在做实验时的难度加大，浪费做实验的宝贵时间。
比如做应变片的实验，你要清楚电桥的各种接法，如果你不清楚，在做实验时才去摸索，这将使你极大地浪费时间，使你事倍功半。
做实验时，一定要亲力亲为，务必要将每个步骤，每个细节弄清楚，弄明白，实验后，还要复习，思考，这样，你的印象才深刻，记得才牢固，否则，过后不久你就会忘得一干二净，这还不如不做。
做实验时，老师还会根据自己的亲身体会，将一些课本上没有的知识教给我们，拓宽我们的眼界，使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛。
通过这次测试技术的实验，使我学到了不少实用的知识，更重要的是，做实验的过程，思考问题的方法，这与做其他的实验是通用的，真正使我们受益匪浅。
传感器实验心得体会篇2传感器与测试技术是一门理论性和实践性都很强的专业基础课，也是一门综合性的技术基础学科，它需要数学、物理学、电子学、力学、机械等知识，同时还要掌握各种物理量的变换原理、各种静态和动态物理量（如力、振动、噪声、压力和温度等）的测定，以及实验装置的设计和数据分析等方面所涉及的基础理论。
许多测试理论和方法只有通过实际验证才能加深理解并真正掌握。
实验就是使学生加深理解所学基础知识，掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围；具有测试系统的选择及应用能力；具有实验数据处理和误差分析能力；得到基本实验技能的训练与分析能力的训练，使学生初步掌握测试技术的基本方法，具有初步独立进行机械工程测试的能力，对各门知识得到融会贯通的认识和掌握，加深对理论知识的理解。
测试技术实验课是本门课程的重要环节，其目的是培养学生的分析和解决实际问题的能力，从而掌握机械工程测试技术手段，为将来从事技术工作和科学研究奠定扎实的基础。
压电式压力传感器的工作原理特点和应用
压电式压力传感器的工作原理特点和应用压电式压力传感器是一种常见的压力测量设备，其工作原理基于压电效应。
压电效应是指一些晶体和陶瓷在受到力或压力作用时，会产生电荷或电势差的现象。
压电式压力传感器利用压电材料的这种特性，将受压作用转化为电信号，从而实现对压力的测量。
压电式压力传感器由压电元件、机械变换器和信号处理器组成。
压电元件通常采用压电晶体材料或压电陶瓷材料，这些材料在施加压力时会产生电荷或电势差。
当压力作用在压电元件上时，会导致晶体的晶格结构变形，从而导致晶体内电荷的重新分布。
这种电荷或电势差的变化被机械变换器转化为电压信号，并通过信号处理器进行放大和滤波，最终得到与压力相关的电信号。
1.灵敏度高：压电材料对压力的响应非常灵敏，能够快速、准确地测量压力。
2.适应性强：压电式压力传感器可适用于多种环境和工况，具有较好的耐腐蚀性和耐高温性能。
3.结构简单：压电式压力传感器的结构相对简单，容易制造和维护。
4.抗干扰能力强：压电材料本身的性能使得压力传感器具有良好的抗干扰能力，可以准确测量出压力变化。
1.工业自动化：压电式压力传感器可用于测量工业设备中的液体和气体的压力，如液压系统、气动系统等。
2.汽车行业：压电式压力传感器可用于测量汽车发动机的油压、水压、气压等，以保证汽车的运行安全。
3.医疗设备：压电式压力传感器可用于医疗设备中的血压监测、人体肌肉力度测量等。
4.航空航天：压电式压力传感器可用于航空航天领域中的压力测量，如飞机的油压、气压等。
5.环境监测：压电式压力传感器可用于测量地下水位、土壤压力等环境参数，用于环境监测和地质勘探。
综上所述，压电式压力传感器通过利用压电效应实现对压力的测量，并具有灵敏度高、适应性强、结构简单和抗干扰能力强等特点，广泛应用于工业、汽车、医疗、航空航天等领域。
压电式压力传感器原理
压电式压力传感器原理
压电式压力传感器是一种通过压电效应来感知压力变化并将其转化为电信号的
传感器。
它主要由压电材料、电极、外壳和连接线组成。
在应用中，压电材料受到外力作用时，会产生电荷，从而产生电压信号。
下面将详细介绍压电式压力传感器的原理。
首先，压电效应是指某些晶体或陶瓷材料在受到力的作用时，会产生电荷。
这
种材料被称为压电材料。
当外力作用于压电材料上时，材料内部的正负电荷会发生重新排列，从而在材料的两个表面上产生电荷。
这种现象被称为正压电效应。
另外，当外力去除后，压电材料会恢复到原来的状态，这种现象被称为逆压电效应。
利用这种特性，压电式压力传感器可以将压力信号转化为电信号。
其次，压电式压力传感器的工作原理是将压电材料固定在测量对象受力的位置上。
当测量对象受到压力时，压电材料会产生电荷，进而产生电压信号。
这个电压信号可以通过连接线传输到数据采集系统或控制系统中，进行信号处理和分析。
从而实现对压力信号的准确测量和监测。
最后，压电式压力传感器的原理可以简单总结为，压力作用于压电材料上时，
压电材料产生电荷，产生电压信号；电压信号经过连接线传输到数据采集系统或控制系统中，进行信号处理和分析；最终实现对压力信号的测量和监测。
总之，压电式压力传感器通过压电效应将压力信号转化为电信号，实现对压力
的准确测量和监测。
它具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，在工业自动化、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解压电式压力传感器的工作原理。
压电式力学传感器总结
发展趋势：压电式力学传感器的 发展趋势是智能化、微型化、集 成化，未来市场前景广阔
06
压电式力学传感器的选用建议
明确需求与预算
确定传感器的测量范围和 精度要求
考虑传感器的安装环境和 使用条件
评估传感器的成本和维护 费用
考虑传感器的供货周期和 售后服务
考虑精度与稳定性要求
精度要求：根 据实际应用场 景选择合适的
04
压电式力学传感器的应用实例
在医疗诊断中的应用
血压计：测量血压，辅助诊 断高血压等疾病
心电图机：检测心脏活动， 诊断心律失常等疾病
呼吸机：监测呼吸频率和深 度，辅助诊断呼吸系统疾病
超声波诊断仪：检测人体内 部结构，辅助诊断肿瘤等疾
病
在环境监测中的应用
空气质量监测：检测空气中的PM2.5、PM10等污染物浓度 水质监测：检测水中的COD、BOD、重金属等污染物浓度 土壤监测：检测土壤中的重金属、农药残留等污染物浓度 噪声监测：检测环境中的噪声强度，评估噪声污染程度
快速响应
压电式力学传感器具有较高的响应速度，能够快速捕捉到微小的力学变化。
压电式力学传感器的响应时间通常在毫秒级别，可以满足大多数应用场景的需求。
压电式力学传感器的响应速度不受温度、湿度等环境因素的影响，稳定性好。
压电式力学传感器的响应速度可以通过调整传感器的尺寸和材料来优化，以满足不同应用场景的 需求。
动反馈等
智能家居设备： 用于触摸屏、压
力感应等
05
压电式力学传感器的挑战与展望
面临的挑战
精度问题：如何 提高传感器的测 量精度
稳定性问题：如 何保证传感器在 恶劣环境下的稳 定性
成本问题：如何 降低传感器的生 产成本
压电式传感器实验报告
压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言压电式传感器是一种常见的传感器类型，利用压电效应来测量物理量。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，探索压电式传感器的工作原理和应用。
实验目的1. 了解压电效应的基本原理；2. 掌握压电式传感器的工作原理；3. 学习使用实验仪器和测量设备；4. 分析压电式传感器在不同应用场景下的特点和限制。
实验器材与方法1. 实验器材：压电式传感器、信号放大器、示波器、电源等；2. 实验方法：将压电式传感器与信号放大器和示波器连接，通过施加外力或改变环境条件，观察传感器输出信号的变化。
实验过程与结果1. 实验一：压力测量将压电式传感器连接到信号放大器和示波器，施加不同的压力到传感器上，并记录示波器上的输出信号。
结果显示，当施加压力时，传感器输出的电压信号随之增加，表明压电式传感器能够准确测量外部压力。
2. 实验二：温度测量将压电式传感器暴露在不同温度环境下，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随温度的升高而增加，说明压电式传感器对温度变化敏感，并可用于温度测量。
3. 实验三：振动测量将压电式传感器固定在振动源上，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随振动频率和振幅的变化而变化，表明压电式传感器能够测量振动的特征。
讨论与分析1. 压电效应是压电式传感器工作的基础，其原理是施加压力或改变温度会使压电材料产生电荷分离和极化，进而产生电压信号。
2. 压电式传感器的优点包括高灵敏度、快速响应和广泛的应用领域。
然而，它也存在一些限制，如温度和湿度对传感器性能的影响，以及易受机械冲击和振动的干扰。
3. 在实际应用中，压电式传感器可用于压力、温度、振动等物理量的测量，如工业自动化、医疗设备、环境监测等领域。
结论通过本实验，我们深入了解了压电式传感器的工作原理和应用。
压电式传感器具有广泛的应用前景，但在实际使用中需要考虑其特点和限制。
通过进一步的研究和改进，可以提高压电式传感器的性能和可靠性，推动其在各个领域的应用。
传感器实验总结报告范文(3篇)
第1篇一、实验背景随着科技的飞速发展，传感器技术在各个领域都得到了广泛的应用。
传感器作为一种将非电学量转换为电学量的装置，对于信息采集、处理和控制具有至关重要的作用。
本实验旨在通过一系列传感器实验，加深对传感器基本原理、工作原理和应用领域的理解。
二、实验目的1. 了解传感器的定义、分类和基本原理。
2. 掌握常见传感器的结构、工作原理和特性参数。
3. 熟悉传感器在信息采集、处理和控制中的应用。
4. 培养动手操作能力和分析问题、解决问题的能力。
三、实验内容本次实验共分为以下几个部分：1. 压电式传感器实验- 实验目的：了解压电式传感器的测量振动的原理和方法。
- 实验原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
- 实验步骤：1. 将压电传感器装在振动台面上。
2. 将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。
3. 将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。
将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。
将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
4. 合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。
5. 改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
2. 电涡流传感器位移特性实验- 实验目的：了解电涡流传感器测位移的原理和方法。
- 实验原理：电涡流传感器利用电磁感应原理，当传感器靠近被测物体时，在物体表面产生涡流，通过检测涡流的变化来测量物体的位移。
- 实验步骤：1. 将电涡流传感器安装在实验平台上。
2. 调整传感器与被测物体的距离，观察示波器波形变化。
3. 改变被测物体的位移，观察示波器波形变化。
3. 光纤式传感器测量振动实验- 实验目的：了解光纤传感器动态位移性能。
压电式传感器
压电式传感器是基于压电效应的传感器，是一种自发电式和机电转换式传感器。
它的敏感元件由压电材料制成。
压电材料受到力后表面产生电荷。
此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。
压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。
它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
2压电式传感器的基本原理2.1 压电效应压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。
逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。
用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。
压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式，如下图所示。
压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这 5种状态下产生压电效应。
例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
2.2 压电材料压电式传感器可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。
压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。
其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。
压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。
压电陶瓷的优点是烧制方便、易成型、耐湿、耐高温。
缺点是具有热释电性，会对力学量测量造成干扰。
有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料。
有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有发展潜力的新型电声材料。
3.3压电式压力传感器
四、压电式传感器的测量电路
1、压电元件常用连接形式
➢ 在实际使用中，如仅用单片压电元件工作 的话，要产生足够的表面电荷就要很大的作用力， 因此一般采用两片或两片以上压电元件组合在一 起使用。 ➢ 由于压电元件是有极性的，因此连接方法 有两种：并联连接和串联连接。
(a)
(b)
（1）并联： （2）串联：
2. 逆压电效应
极化方向上施加交变电场 产生机械变形
去外加电场，变形消失
逆压电效应动画演示
机械能
正压电效应
压电介质
电能
逆压电效应
三、压电材料
1、常见压电材料
（1）压电晶体 压电晶体是一种单晶体。
例如：
石英晶体； 酒石酸钾钠等
石英晶体外形图
天然形成的石英晶体外形图
（2）压电陶瓷
压电陶瓷是一种人工制造的多晶体。 例如：钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸锶等
电介质在沿一定方向上受到外力 产生变形
内部产生极化现象，表面产生电荷
外力去掉，回到不带电状态
压电效应动画演示
极化现象的理解：未极化来自：不具压电性E加外电场
撤销外电场
n 压电效应：某些晶体在一定方向受到外力作用时，内部
将产生极化现象，相应的在晶体的两个表面产生符号相反 的电荷 ；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。当 作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，这种现象称 为压电效应。
C 2C, q 2q,U U
C 1 C, q q,U 2U 2
2、压电式传感器的等效电路
压电式传感器的等效电路：压电传感器在受外力作用时，在两个 电极表面聚集电荷，电荷 量相等，极性相反，相当于一个以压 电材料 为电介质的电容器。其电容量为：C0=ε0 εA/d
压电式传感器实验报告
传感器测振动实验报告院系: 电子通信工程系班级: 应电112班、小组: 第二组组员：日期: 2013年5月14日实验二十二压电式传感器测振动实验一、实验目的: 了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动, 质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上, 由于压电效应, 压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
三、需用器件与单元: 振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。
双踪示波器。
1、实验步骤:2、压电传感器装在振动台面上。
3、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。
图7－1压电式传感器性能实验接线图将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端, 见图7－1, 与传感器外壳相连的接线端接地, 另一端接R1。
将压电传感器实验模板电路输出端Vo1, 接R6。
将压电传感器实验模板电路输出端V02, 接入低通滤波器输入端Vi, 低通滤波器输出V0与示波器相连。
4、合上主控箱电源开关, 调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动, 观察示波器波形。
5、改变低频振荡器的频率, 观察输出波形变化。
6、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。
实验三十光纤式传感器测量振动实验一、实训目的: 了解光纤传感器动态位移性能。
二、实训仪器: 光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。
三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应, 用合适的测量电路即可测量振动。
四、实训内容与操作步骤光纤位移传感器安装如图所示, 光纤探头对准振动平台的反射面, 并避开振动平台中间孔。
2.根据“光纤传感器位移特性试验”的结果, 找出线性段的中点, 通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。
压电式传感器总结
.
U srd33F m sint1j
jR R (C aC cC i)
因此前置放大器的输入电压幅值Usm为：
Usrm
d33FmR 12R2(CaCcCi)2
定义压电传感器输出电压灵敏度为：
K uU F sm rm1 精选p2 pR t 2 d (3 C 3aR C cC i)2
28
当 2R 2(C aC cC i)2 1，可得
精选ppt
U
a
Q Ca
精选ppt
21
压电元件的等效电路 若考虑负载，则等效电路如下：
精选ppt
22
假设一恒定力F作用于压电元件，产生电量Q，则输出电压：
ua
Q C Ca
Q Cc Ci
Ø 压电传感器本身产生的电荷量很小，且传感器本身的电阻很
大(压电元件漏电阻Ra一般在1013~1014Ω以上)，因此输出信号很
(d)面切变形(FS)；精选(ep)pt剪切变形(TS)
5
电致伸缩效应：即电介质在电场的作用下，由于感应极化 作用而产生应变，应变大小与电场平方成正比，与电场方向无 关。压电效应仅存在于无对称中心的晶体中。而电致伸缩效应 对所有的电介质均存在，不论是非晶体物质，还是晶体物质， 不论是中心对称性的晶体，还是极性晶体。
具有较高的压电系数(d33=200~500×10-12C/N)和居里点 (300℃以上)，各项机电参数随温度、时间等外界条件的变化小， 在锆钛酸铅的基方中添加一两种微量元素，可以获得不同性能 的PZT材料。是传感器中经常采用的一种压电材料。
精选ppt
19
３. 高分子聚合物压电薄膜 聚二氟乙烯(PVF2)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)、聚
（一）压电材料的主要特性
压电式力传感器原理
压电式力传感器原理
压电式力传感器是一种常用的力测量设备，其原理基于压电效应。
压电效应是指某些晶体材料在受到力的作用下会产生电荷的现象。
压电传感器通常由压电传感元件和前端电子信号处理电路组成。
压电传感元件由压电材料构成，常用的压电材料有石英、压电陶瓷等。
当受到外力作用时，压电材料会产生形变，进而改变其内部的电荷分布。
这种形变导致了压电材料产生电荷的极性和大小发生变化。
传感元件前端的电子信号处理电路用于放大和处理压电材料产生的微弱电信号。
它将压电材料产生的电荷转换成电压或电流信号，并进行调理和滤波，以便进行精确的力测量。
压电式力传感器的工作原理可以简单描述为：当外力施加到压电传感元件上时，压电材料产生形变，使得内部电荷分布发生变化。
这些变化被转换成电信号，经过信号处理电路放大和滤波后，最终得到与施加在传感元件上的外力成正比的电信号输出。
压电式力传感器具有灵敏度高、响应快、频率范围宽以及耐高温等特点。
它在工业自动化、医疗设备、机器人、汽车、航空航天等领域广泛应用。
通过测量压电材料变化产生的电信号，我们可以准确地获取被测物体施加在传感器上的力的大小。
压电式压力传感器原理
压电式压力传感器原理压电式压力传感器是一种常用的压力测量装置，它利用压电效应将压力信号转化为电信号，广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗器械等领域。
本文将介绍压电式压力传感器的原理及其工作过程。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷，这种效应被称为压电效应。
利用这一效应，可以将压力信号转化为电信号。
压电式压力传感器的核心部件是压电晶体，当受到外力作用时，压电晶体会产生电荷，这个电荷与外力的大小成正比，因此可以通过测量电荷的大小来确定外力的大小，从而实现对压力的测量。
压电式压力传感器通常由压电晶体、电极、封装材料等部件组成。
当外力作用于压电晶体时，压电晶体会产生电荷，这个电荷会在电极间产生电压信号，通过外部电路可以测量到这个电压信号，从而得到压力的大小。
为了保护压电晶体，通常会使用封装材料将其封装在传感器内部，同时封装材料也可以起到固定和保护的作用。
压电式压力传感器的工作原理可以用一个简单的模型来解释。
假设压电晶体的两端分别连接正负电荷，当外力作用于压电晶体时，晶体会产生电荷，这个电荷会在电极间产生电压信号，通过外部电路可以测量到这个电压信号。
根据压电效应的原理，可以得出压力与电荷之间的关系，从而实现对压力的测量。
压电式压力传感器具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点，因此在工业控制、汽车电子、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
在工业控制领域，压电式压力传感器可以用于测量液体或气体的压力，实现对工艺过程的控制。
在汽车电子领域，压电式压力传感器可以用于测量发动机油压、气缸压力等参数，实现对发动机工作状态的监测。
在医疗器械领域，压电式压力传感器可以用于测量血压、呼吸压力等参数，实现对患者生命体征的监测。
总之，压电式压力传感器利用压电效应将压力信号转化为电信号，具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点，在工业控制、汽车电子、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，读者能对压电式压力传感器的原理及其工作过程有一个更深入的了解。
压电式传感器实验报告
压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言：压电式传感器是一种常用的传感器，利用压电效应将压力、力或加速度等物理量转换为电信号。
本实验旨在通过实际操作，了解压电式传感器的工作原理、特性及应用，并通过实验数据分析，探讨其在工程领域中的应用前景。
实验装置与步骤：实验装置包括压电式传感器、信号放大电路、数据采集卡和计算机等。
首先，将压电式传感器连接至信号放大电路，再将信号放大电路与数据采集卡相连，最后将数据采集卡连接至计算机。
在实验过程中，需要注意保持实验环境的稳定，避免外界干扰。
实验一：压电式传感器的特性测试在此实验中，我们将测试压电式传感器的灵敏度、频率响应和线性度等特性。
首先，将压电式传感器固定在测试台上，然后通过施加不同大小的压力来模拟实际应用中的不同工况。
同时，通过改变施加压力的频率，测试传感器的频率响应特性。
最后，记录并分析实验数据，得出传感器的灵敏度和线性度等参数。
实验二：压电式传感器在振动测量中的应用压电式传感器在振动测量中有着广泛的应用。
在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同振动源的振动信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。
通过对振动信号的频谱分析，我们可以了解振动源的频率成分及其强度，从而为工程设计提供参考依据。
实验三：压电式传感器在压力测量中的应用压电式传感器在压力测量中也有着重要的应用。
在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同压力下的电信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。
通过对压力信号的变化趋势进行分析，我们可以了解被测对象的压力状态及其变化规律，从而为工程设计提供参考依据。
实验结果与分析：通过实验数据的分析，我们可以得出压电式传感器的灵敏度、频率响应、线性度等参数。
同时，我们还可以通过对振动信号和压力信号的分析，了解被测对象的振动状态和压力状态。
这些分析结果对于工程设计和故障诊断等领域具有重要的参考价值。
结论：压电式传感器是一种常用的传感器，具有灵敏度高、频率响应广、线性度好等优点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(3)石英晶体的压电特性
石英晶体具有压电效应，是由其内部结构决定的。
组成石英晶体的硅离子Si4+和氧离子O2-在Z平面投影，
如图(a)。为讨论方便，将这些硅、氧离子等效为图(b)
中正六边形排列，图中“＋”代表Si4+，“－”代表
2O2-。
Y
Y
-
+
X
X
+
正压电效应，在Y、Z方向则不产生压电效应。
➢ 晶体在Z轴方向力FZ的作用下，因为晶体沿X方 向和沿Y方向所产生的正应变完全相同，所以，正、
负电荷中心保持重合，电偶极矩矢量和等于零。这
就表明，沿Z(即光轴)方向的力FZ作用下，晶体不
产生压电效应。压电常数：
d13d23d330
2 压电陶瓷
第2章 压电式力学传感器
Piezoelectric Sensors
主要内容
➢ 2.5.1 压电效应 ➢ 2.5.2 压电材料 ➢2.5.3 压电式传感器的测量电路 ➢ 2.5.4 压电式传感器的灵敏度 ➢ 2.5.5 压电式传感器的应用
概述
压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质 的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷， 从而实现非电量电测的目的。 压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的 那些非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度等， 但不能用于静态参数的测量。 压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特 点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性 高。
－ － －－
(a)
+ + ++ (b)
qx d11Fx
式中：d11——压电系数，与受 力方向和变形有关；qx——垂 直于X轴平面上的电荷，Fx— —沿X轴方向施加的作用力
(2）压电效应 纵向压电效应
X
X
FY －－－－
FY + + + +
++ ++ (c)
－－ － －
(d)
qy d12(L/δ )Fy
二、压电材料及其特性
单晶
石英晶体 铌酸锂，钽酸锂
多晶：压电陶瓷，钛酸钡，锆钛酸铅(PZT)
新型材料
(一)、常用压电材料 1、石英晶体 石英晶体的化学式微SiO2,是单晶体结构，如图 2-26表示理想几何形状的石英晶体，它是一个正 六面体晶柱。
Z
Y
X (a)
(a)石英晶体形状
天然形成的石英晶体外形
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
压电材料在外力作用下产生的表面电荷常用压电方程描述，为：
qi dij j 或 Q i dijF j
式中，qi—i 面上的电荷密度 (C／cm2)；Qi—i 面上的总电荷量
（C）；j—j方向的应力(N／cm2)；Fj—j方向的作用力；dij—压
电常数(C／N)，(i=1，2，3，j=1，2，3，4，5，6)。
(1)石英晶体最大特点是——各向异性。 如上图所示，石英晶体的坐标图： Z——称为光轴；X——称为电轴；Y——称为机械轴。 从石英晶体上切下一片平行六面体——晶体切片，
使它的晶面分别平行于X、Y、Z轴，如图。并在垂直X 轴方向两面用真空镀膜或沉银法得到电极面。
a
b
图2-26 石英切片 (a)石英晶片的切割 (b)石英晶片
-
-
+
(a)
(b)
硅氧离子的排列示意图
(a) 硅氧离子在Z平面上的投影
（b）等效为正六边形排列的投影
Y
-
+
➢当 作 用 力 FX=0 时 ， 正 、 负 离 子 （ 即
Si4+和2O2-）正好分布在正六边形顶角 + P1
P3 - X
上，形成三个互成120º夹角的偶极矩P1、 P2、P3，如图（a）所示。此时正负电荷
一、 压电效应
1、正（顺）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，内部就产生极化现 象，同时在它的一定表面 上产生电荷，当外力去掉 后，又重新恢复不带电状 态的现象。当作用力方向 改变时，电荷极性也随着 改变。
压电效应演示
2、逆压电效应（电致伸缩效应）：
当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方 向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形 或应力也随之消失的现象。
双面镀银并封装
光轴 Z
(2)压电效应 纵向压电效应
X
电轴
机械轴 Y
特点：
•电荷qx的符号表示受压力还是 受拉力；
•切 片 上 产 生 的 电 荷 多 少 与 切
片的尺寸无关，即qx与Fx成正 比；
•晶 片 电 荷 极 性 与 受 力 关 系 如 右图所示。
X FX + + ++
X FX
－ － －－
式 中 ： d11——y 轴 方 向 受 力 的 压 电系数，据石英晶体的对称性，
有d12 = -d11 ；qy——垂直于X轴 平面上的电荷，Fy——沿y轴方向 施加的作用力；L、δ——作用力在 晶体产生的电荷与晶体 切片的尺寸有关； •沿y轴作用力所产生的 电荷极性与沿x轴作用力 所产生的电荷极性是相 反的，见左图。
P2
-
+
中心重合，电偶极矩的矢量和等于零，
即
(a) FX=0
➢当晶体受到P沿1＋XP方2＋向P的3＝压0力（FX<0）作用时，晶体沿X方向将产
生收缩，正、负离子相对位置随之发生变化，如图（b）所示。此
时正、负电荷中心不再重合，电偶极矩在X方向的分量为
(P1+P2+P3)X>0；在Y、Z方向上的分量为
Y
（P1+P2+P3）X<0 （P1+P2+P3）Y=0 （P1+P2+P3）Z=0
FX+
-
+
－FX
(c)
+
FX>0
+ +
+
P1
- P2
P3
-
－ －
+－
X
在X轴的正向出现负电荷，在Y、Z方向则不出现电荷。
➢可见，当晶体受到沿X(电轴)方向的力FX作用时，它在X方向产 生正压电效应，而Y、Z方向则不产生压电效应。 ➢晶体在Y轴方向力FY作用下的情况与FX相似。当FY＞0时，晶体 的形变与图（b）相似；当FY＜0时，则与图（c）相似。由此可 见，晶体在Y（即机械轴）方向的力FY作用下，使它在X方向产生
（P1+P2+P3）Y=0 （P1+P2+P3）Z=0 由上式看出，在X轴的正向出现正电荷，在 Y、Z轴方向则不出现电荷。
FX－ -
Y +
+FX
－ + P1 P3 - + X
－
P2
+
－ - ++
(b) F <0
➢ 当晶体受到沿X方向的拉力（FX＞0）作用时，其变化情
况如图（c）。此时电极矩的三个分量为