压电磁敏传感器 PPT课件
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传感器技术-第6讲-压电磁敏传感器PPT
2．霍尔元件基本结构
霍尔元件的外形结构图，它由霍尔片、 4根引线和壳体组成，激励电极通常用红色 线，而霍尔电极通常用绿色或黄色线表示。
图3 霍尔元件
3．霍尔元件基本特性
（1）输入电阻和输出电阻
霍尔元件激励电极之间电阻为输入电 阻，霍尔电极输出电势对于电路外部来说 相当于一个电压源，其电源内阻即为输出 电阻。
（c）
P
i
H-
N 电流
图8 磁敏二极管的工作原理示意图
结论：随着磁场大小和方向的变化，可产生 正负输出电压的变化、特别是在较弱的磁场 作用下，可获得较大输出电压。若r区和r区 之外的复合能力之差越大，那么磁敏二极管 的灵敏度就越高。
磁敏二极管反向偏置时，则在 r区仅流 过很微小的电流，显得几乎与磁场无关。因 而二极管两端电压不会因受到磁场作用而有 任何改变。
6.1.3 压电式传感器的应用
1 压电式测力传感器
组成：
主要由石英晶片、绝缘套、电极、上 盖和基座等组成。
2、原理
传感器的上盖为传力元件，当受到外 力作用时，它将产生弹性形变，将力传递 到石英晶片上，利用石英晶片的压电效应 实现力—电转换。绝缘套用于绝缘和定位。
它的测力范围是0～50N，最小分辨率 为0.01N，绝缘阻抗为 2 1014 ，固有频 率为50～60kHz。非线性误差小于±1%。 整个该传感器重为10g，可用于机床动态 切削力的测量。
ΔU/V
2.0
1.6 1.2
3．霍尔式接近开关
利用霍尔效应可以制成开关型传感器。 广泛应用于测转速、制作接近开关等。霍 尔式接近开关主要由霍尔元件、放大电路、 整形电路、输出驱动及稳压电路5部分组成。
由工作特性曲线可见，工作时具有一定的 磁滞特性，可以使开关更可靠工作。图中
传感器第4章压电式ppt课件(共79张PPT)
τ一定，ω越高，压高力频变送响器应部越件 好
压电传感器的外形
块、振膜、下塑料块传递到压电
1 石英晶体的压电效应
2 压电陶瓷的压电效应
压电材料开始丧失压电性能的温度
εr ——压电材料的相对介电常数。
电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。
为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。
第27页，共79页。
第4章 压电式传感器
4.2.2 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, 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。
第28页，共79页。
压电陶瓷极化处理
第4章 压电式传感E器
✓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, 外电场去掉后, 电畴的极化方向基本不变, 即剩余极 化强度很大, 这时的材料才具有压电特性。
✓极化方向即外加电场方向，取为Z轴方向。
第29页，共79页。
第4章 压电式传感器
1) 压电陶瓷的正压电效应 2) 如果在陶瓷片上施加一个与极化方向平行的压缩力，压电片
3) 产生压缩变形，使内部束缚电荷的间距变小，电畴发生偏转， 4) 极化强度变小，致使内部的束缚电荷变少，导致被吸附在外面
5) 电极上的自由电荷有一部分被释放，呈现放电状态。 6) 当外力消失后，陶瓷片恢复原状，使极化强度增大，内部束缚 7) 电荷增加，导致电极的吸附自由电荷增加，呈现充电状态。
磁电、压电与热电式传感器教学PPT课件
9
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
1.热电偶传感器 （1） 热电偶工作原理
把两种不同的导体或半导体连接成图3-39所示的闭合回路。
图3-39 10
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
1.热电偶传感器 （1） 热电偶工作原理
如果将它们的两个节点分别置于温度为T及T0的热源中：则在该回路内就 会产生热电动势。 在图3-39所示的热电偶回路中，所产生的热电动势由接触电动势和温差电 动势两部分组成。
图3-39
11
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
1.热电偶传感器 （1） 热电偶工作原理
在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线的两端温度相同： 第三种导线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性质称为中间导体定 律。应用这一定律可以采用开路热电偶对液态金属和金属壁面进行稳定度 测量如图3-40所示。
磁电、压电与热电式传感器
一、磁电式传感器
1.动圈式 动圈式又可分为线速度与角速度型。 图3-32a表示线速度型传感器工作原理。 图3-32b是角速度型传感器工作原理，线圈在磁场中转动时产生的感应电动势。图3-32 1磁电、压电与热电式传感器
一、磁电式传感器
1.动圈式 动圈磁电式传感等效电路如图3-33所示。
图3-42WZB型铂电阻体 14
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
2.热电阻传感器 （2）铜电阻 铜电阻具有线性度好、电阻温度系数高以及价格便宜的等优点。
图3-43 铜电阻体
15
4
磁电、压电与热电式传感器
二、压电式传感器
1.压电效应 压电效应模型如图3-36所示。
图3-36 5
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
1.热电偶传感器 （1） 热电偶工作原理
把两种不同的导体或半导体连接成图3-39所示的闭合回路。
图3-39 10
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
1.热电偶传感器 （1） 热电偶工作原理
如果将它们的两个节点分别置于温度为T及T0的热源中：则在该回路内就 会产生热电动势。 在图3-39所示的热电偶回路中，所产生的热电动势由接触电动势和温差电 动势两部分组成。
图3-39
11
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
1.热电偶传感器 （1） 热电偶工作原理
在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线的两端温度相同： 第三种导线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性质称为中间导体定 律。应用这一定律可以采用开路热电偶对液态金属和金属壁面进行稳定度 测量如图3-40所示。
磁电、压电与热电式传感器
一、磁电式传感器
1.动圈式 动圈式又可分为线速度与角速度型。 图3-32a表示线速度型传感器工作原理。 图3-32b是角速度型传感器工作原理，线圈在磁场中转动时产生的感应电动势。图3-32 1磁电、压电与热电式传感器
一、磁电式传感器
1.动圈式 动圈磁电式传感等效电路如图3-33所示。
图3-42WZB型铂电阻体 14
磁电、压电与热电式传感器
三、电热式传感器
2.热电阻传感器 （2）铜电阻 铜电阻具有线性度好、电阻温度系数高以及价格便宜的等优点。
图3-43 铜电阻体
15
4
磁电、压电与热电式传感器
二、压电式传感器
1.压电效应 压电效应模型如图3-36所示。
图3-36 5
压电式传感器.ppt
§2-1 压电体等效电路
F
q
电荷 放大器
U a q Ca
Ca
Ca q Ra
电荷源
Ua
Ra
电压 放大器
电压源
§2-2 电压放大器
1.等效电路
屏蔽线
F
Ca
电压 放大器
-A
Ua
Ra
Cc
屏蔽线
Ri
Ci
Ui
U sc
压电体
放大器
§2-2 电压放大器
2. 输入特性
F Fm sin t
Ua
Ca
-A
Ui j R K ( j ) d 33 u 1 j R (Ca Ci Cc ) F
90
3
0 3 Kum K0
0
0
§2-3 电荷放大器
1. 工作原理
CF
A0 104
CF
RF CF 1
RF
-A
-A
q
U sc
q
Ca R a
电荷源
U
U sc q CF
§2-3 电荷放大器
2. 工作频限
1 fL 2 R f C f
1 fH 2 Rc (Ca Cc )
Ch9 压电式传感器
力相关非电量 压电效应 逆压电效应 电量
机械能 压电晶体
压电材料 压电陶瓷 压电聚合物
电能
§1 压电效应
§1-1 现象
极化面 压电体 应力T
T
Q + +++++
各向异性
P
T
面电荷
形变
电极化P
D=dT
压电系数，张量
F
q
电荷 放大器
U a q Ca
Ca
Ca q Ra
电荷源
Ua
Ra
电压 放大器
电压源
§2-2 电压放大器
1.等效电路
屏蔽线
F
Ca
电压 放大器
-A
Ua
Ra
Cc
屏蔽线
Ri
Ci
Ui
U sc
压电体
放大器
§2-2 电压放大器
2. 输入特性
F Fm sin t
Ua
Ca
-A
Ui j R K ( j ) d 33 u 1 j R (Ca Ci Cc ) F
90
3
0 3 Kum K0
0
0
§2-3 电荷放大器
1. 工作原理
CF
A0 104
CF
RF CF 1
RF
-A
-A
q
U sc
q
Ca R a
电荷源
U
U sc q CF
§2-3 电荷放大器
2. 工作频限
1 fL 2 R f C f
1 fH 2 Rc (Ca Cc )
Ch9 压电式传感器
力相关非电量 压电效应 逆压电效应 电量
机械能 压电晶体
压电材料 压电陶瓷 压电聚合物
电能
§1 压电效应
§1-1 现象
极化面 压电体 应力T
T
Q + +++++
各向异性
P
T
面电荷
形变
电极化P
D=dT
压电系数，张量
《压电磁敏传感技术》课件
恢复时间
恢复时间是指传感器在压力卸载后，从最大输出恢复到零输出的时间。较短的 恢复时间有助于提高传感器的使用效率。
温度稳定性与长期稳定性
温度稳定性
温度稳定性是指在一定温度范围内， 传感器输出随温度变化的程度。良好 的温度稳定性能够确保传感器在不同 环境温度下仍能保持稳定的性能。
长期稳定性
长期稳定性是指传感器经过长时间使 用后，其性能参数的变化程度。长期 稳定性的好坏直接影响到传感器的使 用寿命和可靠性。
优化敏感材料的性能。
封装技术
保护敏感元件
防止外界环境对敏感元件的干扰和损伤。
温度补偿
通过封装技术实现温度对传感器性能的影响 减小。
连接引脚
将敏感元件与外部电路连接起来，实现信号 传输。
微型化与集成化
提高传感器性能并减小体积，便于应用。
CHAPTER 03
压电磁敏传感器的性能参数
灵敏度与线性度
灵敏度
降低成本与推广应用的挑战
成本控制
面临的挑战是如何降低压电磁敏传感器 的制造成本，使其更具市场竞争力。
VS
推广应用
需要解决的问题是如何将压电磁敏传感器 更好地应用于实际生产和生活中，满足各 种应用需求。
CHAPTER 06
结论与展望
压电磁敏传感器的重要地位与作用
压电磁敏传感器在智能感知领域具有重要地位，能够 实现压力和电磁信号的感知与转换，为智能系统的信
新技术
新兴技术如柔性电子技术、纳米制造技术等在压电磁敏传感器中的应用，能够实现传感器的小型化、 轻便化和集成化。
提高性能与可靠性的挑战
性能提升
面临的主要挑战是如何提高压电磁敏传感器的性能，如灵敏度、响应速度和测量范围等 。
恢复时间是指传感器在压力卸载后，从最大输出恢复到零输出的时间。较短的 恢复时间有助于提高传感器的使用效率。
温度稳定性与长期稳定性
温度稳定性
温度稳定性是指在一定温度范围内， 传感器输出随温度变化的程度。良好 的温度稳定性能够确保传感器在不同 环境温度下仍能保持稳定的性能。
长期稳定性
长期稳定性是指传感器经过长时间使 用后，其性能参数的变化程度。长期 稳定性的好坏直接影响到传感器的使 用寿命和可靠性。
优化敏感材料的性能。
封装技术
保护敏感元件
防止外界环境对敏感元件的干扰和损伤。
温度补偿
通过封装技术实现温度对传感器性能的影响 减小。
连接引脚
将敏感元件与外部电路连接起来，实现信号 传输。
微型化与集成化
提高传感器性能并减小体积，便于应用。
CHAPTER 03
压电磁敏传感器的性能参数
灵敏度与线性度
灵敏度
降低成本与推广应用的挑战
成本控制
面临的挑战是如何降低压电磁敏传感器 的制造成本，使其更具市场竞争力。
VS
推广应用
需要解决的问题是如何将压电磁敏传感器 更好地应用于实际生产和生活中，满足各 种应用需求。
CHAPTER 06
结论与展望
压电磁敏传感器的重要地位与作用
压电磁敏传感器在智能感知领域具有重要地位，能够 实现压力和电磁信号的感知与转换，为智能系统的信
新技术
新兴技术如柔性电子技术、纳米制造技术等在压电磁敏传感器中的应用，能够实现传感器的小型化、 轻便化和集成化。
提高性能与可靠性的挑战
性能提升
面临的主要挑战是如何提高压电磁敏传感器的性能，如灵敏度、响应速度和测量范围等 。
传感器技术-第6讲-压电磁敏传感器PPT课件
当于电容器的两个极板，板间的物质相当 于一种介质。
在实际使用中，压电式传感器总是与
测量仪器或测量电路相连接，压电传感器 在测量系统中的实际等效电路如下图所示。
图1 压电传感器的实际等效电路
2、 测量电路
电荷放大器
Ci为传感器、连接电缆、放大器的输 入等效电容合并的电容，Cf为放大器的反 馈电容，Rf的作用是稳定直流工作点，减 小零点漂移，一般取Rf≥10。
由于放大器的输入阻抗很高，其输入 端几乎没有分流，输出电压为
Uo
Q Cf
Ucf
上式表明：
（1）放大器的输出电压接近于反馈电容 两端的电压。电荷Q只对反馈电容充电。
（2）电荷放大器的输出电压与电缆电容 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， 所以，输出电压也与被测压力成线性关系。
F ma
传感器输出的电荷与作用力成正比， 即
Q d11Fd11m a
3 压电式金属加工切削力测量
利用压电陶瓷传感器进行测量刀具切 削力的示意图适合测量变化剧烈的载荷。 图中压电陶瓷传感器位于车刀前部的下方， 当进行切削加工时，切削力通过刀具传给 压电传感器，压电传感器将切削力转换为 电信号输出，记录下电信号的变化便测得 切削力的变化。
压电陶瓷材料有多种，最早的是钛酸 钡（BaTiO3），现在最常用的是锆钛酸铅 （PbZrO3-PbTiO3），简称PZT等。
6.1.2 压电式传感器及测量电路
1、 压电式传感器
压电传感器中的压电元件无论是石英 晶体还是压电陶瓷，它的内阻都很高，而 输出的信号很微弱。其元件可等效为一个
电容器Ca，正、负电荷积聚的两个表面相
荷的极性相反。
5、 压电陶瓷（多晶体）
在实际使用中，压电式传感器总是与
测量仪器或测量电路相连接，压电传感器 在测量系统中的实际等效电路如下图所示。
图1 压电传感器的实际等效电路
2、 测量电路
电荷放大器
Ci为传感器、连接电缆、放大器的输 入等效电容合并的电容，Cf为放大器的反 馈电容，Rf的作用是稳定直流工作点，减 小零点漂移，一般取Rf≥10。
由于放大器的输入阻抗很高，其输入 端几乎没有分流，输出电压为
Uo
Q Cf
Ucf
上式表明：
（1）放大器的输出电压接近于反馈电容 两端的电压。电荷Q只对反馈电容充电。
（2）电荷放大器的输出电压与电缆电容 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， 所以，输出电压也与被测压力成线性关系。
F ma
传感器输出的电荷与作用力成正比， 即
Q d11Fd11m a
3 压电式金属加工切削力测量
利用压电陶瓷传感器进行测量刀具切 削力的示意图适合测量变化剧烈的载荷。 图中压电陶瓷传感器位于车刀前部的下方， 当进行切削加工时，切削力通过刀具传给 压电传感器，压电传感器将切削力转换为 电信号输出，记录下电信号的变化便测得 切削力的变化。
压电陶瓷材料有多种，最早的是钛酸 钡（BaTiO3），现在最常用的是锆钛酸铅 （PbZrO3-PbTiO3），简称PZT等。
6.1.2 压电式传感器及测量电路
1、 压电式传感器
压电传感器中的压电元件无论是石英 晶体还是压电陶瓷，它的内阻都很高，而 输出的信号很微弱。其元件可等效为一个
电容器Ca，正、负电荷积聚的两个表面相
荷的极性相反。
5、 压电陶瓷（多晶体）
压电式传感器原理及应用精品PPT课件
（2）电荷放大器
压电式传感器另一种专用的前置放大器。 能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源， 而且输出电压正比于输入电荷，因此，电荷放 大器同样也起着阻抗变换的作用，其输入阻抗 高达1010~1012Ω，输出阻抗小于100Ω。 使用电荷放大器突出的一个优点：在一定条件 下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。
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压电传感器与电荷放大器连接等效电路
K是放大器的开环增益，（-K）表示放大器的输出与输入反相， 若开环增益足够高，则放大器的输入端的电位接近“地”电位。
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充电电压接近等于放大器的输出电压
kQ
Q
Hale Waihona Puke U 0 U cfCa Cc Ci (1 k)C f
Cf
几点结论：
压电陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图
自由电荷与陶瓷片内的束缚电荷符合相反而数值相等， 它起着屏蔽和抵消陶瓷片内极化强度对外的作用， 因此陶瓷片对外不表现极性。
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压电陶瓷的正压电效应
压电陶瓷片上加上一个与极化反向平行的外力， 陶瓷片将产生压缩变形，原来吸附在极板上的 自由电荷，一部分被释放而出现放电现象。 当压力撤消后，陶瓷片恢复原状，片内的正、 负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，因 此电极上又吸附部分自由电荷而出现充电现象。
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传感器的低频响应范围
如果被测物理量是缓慢变化的动态量，而测量回路的时间 常数又不大，则造成传感器灵敏度下降。因此为了扩大传 感器的低频响应范围，就必须尽量提高回路的时间常数。
但这不能靠增加测量回路的电容量来提高时间常数，因为 传感器的电压灵敏度与电容成反比的，切实可行的办法是 提高测量回路的电阻。由于传感器本身的绝缘电阻一般都 很大，所以测量回路的电阻主要取决于前置放大器的输入 电阻。放大器的输入电阻越大，测量回路的时间常数就越 大，传感器的低频响应也就越好。
《压电式传感器》课件
结构简单
压电式传感器结构简单，易于加工和 集成。
压电式传感器的优缺点
响应速度快
由于压电效应的快速响应特性，压电式传感器具有较快的响 应速度。
无热干扰
由于压电式传感器不需要加热元件，因此不会受到热干扰的 影响。
压电式传感器的优缺点
易受环境影响
压电式传感器容易受到环境温度、湿度等因素的影响，需要进行温度补偿和湿 度补偿。
水声探测
在水下环境中，压电式传感器可用于水声探测和声呐系统，实现 水下目标的定位和识别。
05
压电式传感器的校准与维护
压电式传感器的校准方法
压电式传感器的校准是确保测量准确性的重要步骤，通常包括零点校准和灵敏度校 准。
零点校准是将传感器的输出读数调整到零或一个已知的基准值，以消除任何偏差。
灵敏度校准是测试传感器在不同激励电压下的输出响应，以验证其线性度和准确性。
和处理。
特点
高输入阻抗、低输出阻抗、稳定 性好。
04
压电式传感器的应用实例
压力测量
压力传感器
压电式传感器在压力测量中应用广泛，如气瓶压力监测、管道压 力检测等。
压电式压力计
用于测量液体或气体的压力，具有高精度、高稳定性的特点。
压电薄膜压力传感器
利用压电薄膜作为敏感元件，可测量微小压力变化，常用于生物医 学和环境监测领域。
电压放大器
概述
电压放大器用于放大压电传感器 输出的电压信号。
工作原理
电压放大器通过直接耦合方式，将 压电传感器的电压信号进行放大。
特点
低输入阻抗、高输出阻抗、线性度 高。
阻抗变换号
的电路。
工作原理
阻抗变换器通过电阻、电容等元 件，将高阻抗的输出信号转换为 低阻抗的输出信号，以便于传输
压电式传感器结构简单，易于加工和 集成。
压电式传感器的优缺点
响应速度快
由于压电效应的快速响应特性，压电式传感器具有较快的响 应速度。
无热干扰
由于压电式传感器不需要加热元件，因此不会受到热干扰的 影响。
压电式传感器的优缺点
易受环境影响
压电式传感器容易受到环境温度、湿度等因素的影响，需要进行温度补偿和湿 度补偿。
水声探测
在水下环境中，压电式传感器可用于水声探测和声呐系统，实现 水下目标的定位和识别。
05
压电式传感器的校准与维护
压电式传感器的校准方法
压电式传感器的校准是确保测量准确性的重要步骤，通常包括零点校准和灵敏度校 准。
零点校准是将传感器的输出读数调整到零或一个已知的基准值，以消除任何偏差。
灵敏度校准是测试传感器在不同激励电压下的输出响应，以验证其线性度和准确性。
和处理。
特点
高输入阻抗、低输出阻抗、稳定 性好。
04
压电式传感器的应用实例
压力测量
压力传感器
压电式传感器在压力测量中应用广泛，如气瓶压力监测、管道压 力检测等。
压电式压力计
用于测量液体或气体的压力，具有高精度、高稳定性的特点。
压电薄膜压力传感器
利用压电薄膜作为敏感元件，可测量微小压力变化，常用于生物医 学和环境监测领域。
电压放大器
概述
电压放大器用于放大压电传感器 输出的电压信号。
工作原理
电压放大器通过直接耦合方式，将 压电传感器的电压信号进行放大。
特点
低输入阻抗、高输出阻抗、线性度 高。
阻抗变换号
的电路。
工作原理
阻抗变换器通过电阻、电容等元 件，将高阻抗的输出信号转换为 低阻抗的输出信号，以便于传输
磁电式压电式传感器PPT课件
⑵ 电压放大器(阻抗变换器)
根据系统等效电路的简化电路有： 当压电元件为压电陶瓷、施加的外力为交变力： 元件输出： R和C的并 联阻抗：
R Rd Ri ; Rd Ri
C Cc Ci 。
F~ Fm sin t
U~ q Ce
d33F~ Ce
d 33 Ce
Fm
sin
t。设Ce 的 阻 抗 为ZCe
dij d21
d 22
d 23
d 24
d 25
d
26
0
0
0
0
d 25
d
26
d31 d32 d33 d34 d35 d36 0 0 0 0 0 0
d11 d11 0 d14 0
0
0
0
0
0
d14
2d11
0 0 0 0 0
0
d11 2.311012 C N d14 0.731012 C N
第12页/共52页
2.2.3 压电传感器的应用
石英晶体和压电陶瓷的应用领域中，有一个十分重要的领域就 是谐振器和滤波器（电子技术的应用领域）；在传感器技术中最 广泛的应用领域是声波（超声波）换能器，对此将在本课程中专 门介绍。本节主要就力学量的测量方面举几个实际例子。
一、压电式力传感器 Q = d33F (压电陶瓷)
晶体表面出现剩余电电荷 而产生的。由于压电常数 矩阵中只有d11、d12、d14、 d25、d26不为零，并且d14、 y d25、d26需要切向应力作用 往往不便利用，所以通常 只利用d11、d12 =- d11两个 相关的应力方向和这两个 压电常数。
x
P1 P2 P3 不受力
x
x Fx
y
P1
根据系统等效电路的简化电路有： 当压电元件为压电陶瓷、施加的外力为交变力： 元件输出： R和C的并 联阻抗：
R Rd Ri ; Rd Ri
C Cc Ci 。
F~ Fm sin t
U~ q Ce
d33F~ Ce
d 33 Ce
Fm
sin
t。设Ce 的 阻 抗 为ZCe
dij d21
d 22
d 23
d 24
d 25
d
26
0
0
0
0
d 25
d
26
d31 d32 d33 d34 d35 d36 0 0 0 0 0 0
d11 d11 0 d14 0
0
0
0
0
0
d14
2d11
0 0 0 0 0
0
d11 2.311012 C N d14 0.731012 C N
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2.2.3 压电传感器的应用
石英晶体和压电陶瓷的应用领域中，有一个十分重要的领域就 是谐振器和滤波器（电子技术的应用领域）；在传感器技术中最 广泛的应用领域是声波（超声波）换能器，对此将在本课程中专 门介绍。本节主要就力学量的测量方面举几个实际例子。
一、压电式力传感器 Q = d33F (压电陶瓷)
晶体表面出现剩余电电荷 而产生的。由于压电常数 矩阵中只有d11、d12、d14、 d25、d26不为零，并且d14、 y d25、d26需要切向应力作用 往往不便利用，所以通常 只利用d11、d12 =- d11两个 相关的应力方向和这两个 压电常数。
x
P1 P2 P3 不受力
x
x Fx
y
P1
压电式和压磁式传感器PPT课件
（2）电荷放大器
压电式传感器另一种专用的前置放大器。 能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压 源，而且输出电压正比于输入电荷，因此，电 荷放大器同样也起着阻抗变换的作用，其输入 阻抗高达1010~1012Ω，输出阻抗小于100Ω。 使用电荷放大器突出的一个优点：在一定 条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。
Qx d11 • Fx
d11——压电系数（C/N）
作用力是沿着机械轴方向 电荷仍在与X轴垂直的平面
a
a
Qx d12 b Fy d11 b Fy
此时，
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d12 d11
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切片上电荷的符号与受力方向的关系
图（a）是在X轴方向受压力， 图（b）是在X轴方向受拉力， 图（c）是在Y轴方向受压力， 图（d）是在Y轴方向受拉力。
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压电传感器的工作原理演示
压电式传感器是一种典型的自发电式传感器。它以某些电介质（例如 石英晶体或压电陶瓷、高分子材料）的压电效应为基础而工作的。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。
而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系， 2、只要保持反馈电容的数值不变，就可得到与电荷量Q变化成
线形关系的输出电压。 3、反馈电容Cf小，输出就大， 4、要达到一定的输出灵敏度要求，就必须选择适当的反馈电容。 5、输出电压与电缆电容无关条件：
（1+K）Cf>>（Ca+Cc+Ci）
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i
dQ dt
d11
Fm
cost