传感器第6章 压电式传感器

第6章压电式传感器

一、单项选择题

1、对石英晶体，下列说法正确的是（）。

A. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。

B. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。

C. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。

D. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。

2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（）

A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好

B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好

C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好

D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好

3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（）

A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半

B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍

C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍

D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍

4、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（）

A. 串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同

B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同

C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变

D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半

6、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。

A．前者比后者灵敏度高 B．后者比前者灵敏度高

C．前者比后者性能稳定性好 D．前者机械强度比后者的好7、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。

A．晶体厚度成反比 B．晶体面积成正比

C．作用在晶片上的压力成正比 D．剩余极化强调成正比

8、压电式传感器目前多用于测量（）。

A．静态的力或压力B．动态的力或压力C．位移 D．温度

9、压电式加速度传感器是适合测量下列哪种信号（）。

A. 适于测量任意

B. 适于测量直流

C. 适于测量缓变

D. 适于测量动态

10、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）。

A．产生纵向压电效应 B. 产生横向压电效应

C．不产生压电效应 D. 产生逆向压电效应

11、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与

（）成正比。

A．输入电荷 B.反馈电容

C．电缆电容 D.放大倍数

12、石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（）

A．不产生压电效应 B. 产生逆向压电效应

C. 产生横向压电效应 D．产生纵向压电效应

13、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（）

A．与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变

B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍

C．与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍

D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变

三、填空题

1、压电式传感器是以某些介质的作为工作基础的。

2、将电能转变为机械能的压电效应称为。

3、石英晶体沿方向施加作用力不会产生压电效应，没有点电荷产生。

5、压电式传感器可等效为一个和一个并联，也可等效为一

个与相串联的电压源。

6、压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己方

向，经过的压电陶瓷才具有压电效应。

7、压电式传感器是一种典型的传感器（或发电型传感器），其以某些电介质的

为基础，来实现非电量电测的目的。

8、压电式传感器的工作原理是基于某些材料的压电效应

9、用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的与作用在晶

面上的压强成正比，而与晶片和面积无关。

16、石英晶体的X轴称为 _，垂直于X轴的平面上最强；Y轴称为

，沿Y轴的最明显；Z轴称为光轴或中性轴，Z轴方向上无压电效应。

17、压电效应将转变为，逆压电效应将转化为。

四、简答题

1、什么叫正压电效应？

2、什么是逆压电效应？

5、石英晶体x、y、z轴的名称及其特点是什么？

6、简述压电陶瓷的结构及其特性？

四、简答题

1、答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。

知识点：压电效应

2、答：当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。

知识点：压电效应

3、答：沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。

知识点：压电材料

4、答：沿石英晶体的y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。

知识点：压电材料

5、答：石英晶体的z轴：是纵向轴，称为光轴，沿该方向受力不会产生压电效应。

石英晶体的x轴：称为电轴，压电效应只在该轴的两个表面产生电荷集聚。沿电轴方向的力作用于晶体时所产生的电荷量的大小与切片的几何尺寸无关。

石英晶体的y轴：是机械轴，沿机械轴方向的力作用于晶体时产生的电荷量大小q，与晶体切片的几何尺寸有关。

知识点：压电材料

6、答：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，它有一定的极化方向，从而存在电场。在无外电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们各自的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。

在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，从而使材料得到极化。外电场愈强，就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度，即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时，当外电场去掉后，电畴的极化方向基本变化，即剩余极化强度很大，这时的材料才具有压电特性。

知识点：压电材料

7、答：

知识点：等效电路

8、答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了1倍，电容量也增加了1倍，输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。

串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片的一半，输出电压增大了1倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。

知识点：压电元件的连接

9、答：电荷放大器的特点是：

①放大器的输入阻抗极高，输入端几乎没有分流，电荷Ｑ只对反馈电容Ｃｆ充电，充电电压Ｕｃｆ（反馈电容两端的电压）接近于放大器的输出电压。

②电荷放大器的输出电压Ｕo与电缆电容Cc无关，而与Q成正比，这是电荷放大器的突出优点。由于Q与被测压力成线性关系，因此，输出电压与被测压力成线性关系。

知识点：测量电路

10、答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易