高分子压电电缆-应用演示
压电
1 + [ω R (C a + C e + C i ) ]
tg tg 1
dFm ω R
2
输入电压与作用力的相位差
=
=
π
2
ω (C a + C e + C i )
π
2
1
ωτ
Uim Fm
0 90
1
2
ωτ
3
4
φ
0
讨论：
ω=0（静态量）时，Uim=0（输入电压为零） – 原因：由于等效电阻不可能无穷大，存在电 荷泄漏，所以不能测量静态量 ωτ>>3（高频情况），放大比常数 – 输入电压与作用力频率无关 – τ一定，ω越高，高频响应越好 对低频测量情况：τ一定，ω↓偏差越大 – 所以要求τ要大，扩大 低频响应范围 输出电压灵敏度受电缆分布电容影响
（a）压电片并联
（b）并联等效电路
（c）等效电荷源
此时， C = C + C = 2 C a 1 2 q a = q1 + q 2 = 2 q U = U = U = U 1 2 a 可见，并联输出型压电元件的输出电荷等于各片电荷之和，因 并联输出型压电元件的输出电荷等于各片电荷之和， 并联输出型压电元件的输出电荷等于各片电荷之和 而可等效为电荷输出型的电荷源
逆压电效应的应用： 逆压电效应的应用
超声波加湿气、 超声波加湿气、超声波清洗机 压电蜂鸣器 石英晶体振荡器
压电传感器的特点 是一种典型的有源传感器 是一种典型的”双向传感器” 灵敏度高 频响宽(0.1Hz~几十KHz) 体积小、重量轻
二、石英晶体的压电效应
石英晶体：二氧化硅（SiO2），理想外形为正六面棱体 石英晶体三个晶轴：光轴（Z） 电轴（X） 机械轴（Y） 作为压电元件时应作切片处理
压电电缆的应用及原理
压电电缆的应用及原理简介压电电缆是一种能够将机械应力转化为电能的装置。
它基于压电效应，通过在压电材料中施加机械压力来产生电荷分布，从而产生电压信号。
压电电缆被广泛应用于各种领域，包括传感、能源收集、机械控制等。
压电效应压电效应是指施加于某些晶体结构上的机械应力，能够引发电荷分布的一种现象。
当机械应力施加到压电材料上时，导致晶体结构产生微小的电荷分布变化，从而产生电压信号。
压电电缆的结构压电电缆主要由两部分组成：压电材料和导电材料。
压电材料压电材料是压电电缆的核心组件，负责转化机械应力为电能。
常用的压电材料包括石英、铅锆钛酸钡等。
这些材料具有良好的压电性能，能够有效地将机械应力转化为电荷分布变化。
导电材料导电材料用于传导电荷，并连接到外部电路中。
常用的导电材料包括铜、铝等金属材料。
导电材料通常绕绕压电材料，以便更好地传导电荷。
压电电缆的应用压电电缆在各种领域中有广泛的应用，以下是一些常见的应用示例：传感器压电电缆被广泛用作传感器，用于测量和检测应变、压力、温度等物理量。
通过将压电电缆与外部物理量相关联，当物理量发生变化时，压电电缆会产生相应的电压信号，从而实现变量的测量。
能源收集压电电缆可用于能源的收集和转换。
当压电电缆受到振动或机械应力时，可以产生电能。
这种特性可以应用于自动化传感、无线传输等领域，为电子设备提供可持续的能源。
机械控制压电电缆可以用于机械控制系统，例如在机器人和航天器中。
通过施加机械压力，可以控制电缆的电压信号，从而实现机械运动和操作。
声学设备压电电缆在声学设备中也有应用。
通过施加机械应力，可以产生电压信号，从而实现声音的传输和放大。
医疗设备在医疗设备中，压电电缆可用于测量和监测生物体的运动和生理参数。
通过将压电电缆与生物体相关联，可以实现心率、呼吸和运动的监测。
总结压电电缆是一种能够将机械应力转化为电能的装置，它基于压电效应，通过在压电材料中施加机械压力来产生电荷分布。
压电电缆在传感、能源收集、机械控制、声学设备和医疗设备等领域有广泛的应用。
传感器与检测技术-复习提纲-带答案
作业二
1.（1）简述热电偶中间导体定律。 （2）说明热电偶中间导体定律在工程上的意义。 2.画出热电阻传感器三线式测量电路图，并说明
采用三线制的优点。 3.测量某一质量G1=50g，误差 １=2g，测量另一
质量G2=2Kg，误差 ２=50g，问哪个质量测量效 果好，说明原因。
4. 某压力变送器的量程范围为0~6MPa，对应 的输出电流为4~20mA。求：
43.热电偶的测温原理。 44.热电动势的大小由哪两部分组成？ 45.热电偶的基本定律表述及实际意义。 46.热电偶的冷端处理及补偿方法。 47.补偿导线的类型及表示方法。 48.记住常用的标准化热电偶的名称及对应的
分度号。 49.热电偶的不同类型及应用场合。
50.流量概念、分类及计算方法。 51.差压式流量计组成及各部分作用。 52.标准孔板的取压方式。
解：100V，0.5级
U1= 100 0.5/100= 0.5V
15V，1.5 级
U2= 15 1.5/100= Байду номын сангаас.225V
选第二块电压表较合适，因为测量绝对误差小， 而且10V实际电压可达满量程2/3，减少测量误 差。
16.用压电式加速度计及电荷放大器测量振动 加速度，若压电式加速度计的灵敏度Kg为 70pC/g（g为重力加速度），电荷放大器灵敏 度KU为10mV/pC，当输入加速度a为3g时，求：
（1）电荷放大器的输入电荷？ （2）电荷放大器的输出电压？
解：电荷放大器的输入电荷 Q=Kga=70﹡3=210pC
电荷放大器的输出电压 Uo=KUQ=210﹡10=2100mV=2.1V
1）仪器屏幕上的坐标每格为__ms，汽车的前轮通过A、 B两根压电电缆的时间差t1≈__格，相当于___ms，等于 ____s。
4-6 常用传感器-压电式
压电传感器
华中科技大学机械学院
机械工程测试技术
3. 压电传感器及其等效电路 在压电晶体的两个工作面上进 + 行金属蒸镀，形成金属膜，构成 两个电极。如图所示 在压电晶体受到外力作用时， 在两个极板上将聚积数量相等、 极性相反的电荷，形成了电场。 因此压电传感器可看作是一个 电荷发生器，又是一个电容器， 其电容量为
第4章 常用传感器
华中科技大学机械学院
机械工程测试技术
4.6 压电传感器
压电传感器是一种可逆型换能器，既可以将机械 能转换为电能，又可以将电能转换为机械能。这种性 能使它被广泛用于压力、应力、加速度测量，也被用 于超声波发射与接收装置。 在用做加速度传感器时，可测频率范围从0.1Hz ~ 20kHz，可测振动加速度按其不同结构可达10-2 ~ 105 m/s2 。用做测力传感器时，其灵敏度可达10-3 N 。 优点：体积小、质量小，精确度及灵敏度高等。 现在与其配套的后续仪器，如电荷放大器等技术 性能的日益提高，使这种传感器的应用愈来愈广泛。
压电传感器
华中科技大学机械学院
机械工程测试技术
压电传感器一般用来测量沿其轴向的作用力，该 力对压电片产生纵向效应并产生相应的电荷，形成传 感器通常的输出；然而，垂直于轴向的作用力，也会 便压电片产生横向效应和相应的输出，称为横向输 出。与此相应的灵敏度，称为横向灵敏度。对于传感 器而言，横向输出是一种干扰和产生测量误差的原 因。使用时，应该选用横向灵敏度小的传感器。一个 压电传感器各方向的横向灵敏度是不同的。为了减少 横向输出的影响，在安装使用时，应力求使最小横向 灵敏度方向与最大横向干扰力方向重合。 环境温度、湿度的变化和压电材料自身的时效， 都会引起压电常数的变化，导致压电传感器灵敏度的 变化→经常校准是十分必要的
第三章 材料的介电性能--内含精选动图详述
A、电容材料
提高击穿电压措施
1、加强冷却，提高热击穿电压； 2、 改善环境条件，防止高温，避免潮气﹑臭 氧等有害物质的侵蚀。
A、电容材料
II、传感器
C s
ε：介质介电常数 s ：极板面积 δ ：极板间距离
s
δ
ε
上式中，哪几个参量是变量？ 可以有几种传感器？
A、电容材料
II、传感器
变极距型(变间距型)电容传感器
B、压电材料----纳米发电机
1961年王中林出生于陕西省 蒲城县高阳镇，王中林的初 中和高中就是在这种大背景 下度过的，三分之一的时间 都在田里泡着，毕业于尧山 中学。
纳米发电机创始人 （王中林）
进入大学校门的第一天，他 就暗暗给自己定下一条标准， 本科每门课程不能低于90分。
B、压电材料----纳米发电机
2、介电材料在其它环境中的极化
应变场中的极化------压电效应
在完全黑暗的环境中， 将一块干燥的冰糖用榔 头敲碎，可以看到冰糖 在破碎的一瞬间，发出 暗淡的蓝色闪光，这是 强电场放电所产生的闪 光，产生闪光的机理是 晶体的压电效应
2、介电材料在其它环境中的极化 应变场中的极化------压电效应
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。
F
＋＋＋＋＋＋ －－－－－－
F
2、介电材料在其它环境中的极化
应变场中的极化------压电效应
逆压电效应：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。
高分子材料在智能电网中的作用是什么
高分子材料在智能电网中的作用是什么在当今科技飞速发展的时代，智能电网已成为能源领域的重要组成部分。
智能电网的高效运行和可靠性离不开各种先进技术和材料的支持，其中高分子材料发挥着至关重要的作用。
高分子材料，简单来说，就是由大量重复单元组成的大分子化合物制成的材料。
这些材料具有一系列独特的性能，使其在智能电网的多个方面得以广泛应用。
首先，在输电领域，高分子绝缘材料是保障电力安全传输的关键。
传统的输电线路使用的绝缘材料在长期运行中可能会出现老化、漏电等问题，而新型高分子绝缘材料具有更优异的绝缘性能和耐候性。
例如，交联聚乙烯（XLPE）就是一种广泛应用于输电电缆的高分子材料。
它具有良好的电气绝缘性能，能够有效减少电能在传输过程中的损耗，提高输电效率。
同时，XLPE 还具有较强的耐化学腐蚀性和耐老化性能，能够在恶劣的环境条件下长期稳定运行，延长输电线路的使用寿命。
其次，高分子复合材料在智能电网中的电力设备制造方面也有着重要地位。
以变压器为例，采用高分子复合材料制造的变压器外壳具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。
这不仅便于设备的安装和维护，还能提高设备在户外环境中的适应性，降低运行成本。
此外，高分子复合材料在开关柜、配电箱等设备中的应用也越来越广泛，为提高电力设备的性能和可靠性提供了有力支持。
在智能电网的储能环节，高分子材料同样不可或缺。
锂离子电池作为一种常见的储能装置，其电极材料和隔膜大多由高分子材料制成。
例如，聚偏氟乙烯（PVDF）常被用作锂离子电池的隔膜材料，它具有良好的离子透过性和化学稳定性，能够有效防止电池正负极之间的短路，提高电池的安全性和循环寿命。
同时，一些新型的高分子电解质材料也在不断研发中，有望进一步提高锂离子电池的性能，为智能电网的储能系统提供更高效、更可靠的解决方案。
另外，高分子传感器在智能电网的监测和控制方面发挥着重要作用。
通过将高分子敏感材料与传感器技术相结合，可以实现对电网中的电流、电压、温度、湿度等参数的实时监测。
第6章压电式传感器原理及其应用
6.1 压电效应和压电材料 6.2 压电元件的常用结构 6.3 压电式传感器等效电路和测量电路 6.4 压电式传感器的应用
压电式传感器概述
压电式传感器的压电元件是利用压电材料制成的， 压电式传感器的压电元件是利用压电材料制成的， 它是一种电量型传感器。 它是一种电量型传感器。 工作原理:以某些电介质的压电效应为基础 以某些电介质的压电效应为基础， 工作原理 以某些电介质的压电效应为基础，在外力 作用下，电介质的表面就会产生电荷，有电压输出， 作用下，电介质的表面就会产生电荷，有电压输出， M 从而实现力—电信号转换 再通过检测电荷量（ 电信号转换， 从而实现力 电信号转换，再通过检测电荷量（或 输出电压）的大小，即可测出作用力的大小。 输出电压）的大小，即可测出作用力的大小。 压电元件是一种典型的力敏感元件， 压电元件是一种典型的力敏感元件，可用来测量最 终可变换为力的各种物理量，如测量压力、应力、 终可变换为力的各种物理量，如测量压力、应力、 加速度等。由于压电元件具有体积小、重量轻、 加速度等。由于压电元Байду номын сангаас具有体积小、重量轻、结 构简单、可靠性高、频带宽、 构简单、可靠性高、频带宽、灵敏度和信噪比高等 优点，压电式传感器也随之得到了飞速发展。 优点，压电式传感器也随之得到了飞速发展。 在声学、力学、 在声学、力学、医学和航空航天等领域都得到了广 泛应用。其缺点是无静态输出， 泛应用。其缺点是无静态输出，要求有很高的输出 阻抗，需用低电容的低噪声电缆等。 阻抗，需用低电容的低噪声电缆等。
铜芯线充当内电极铜网屏蔽层作外电极管状pvdf高分子压电材料为绝缘层最外层是橡胶保护层为承压弹性元件当管状高分子压电材料受压时其内外表面产生电荷可达到测量的目的图620高分子压电电缆2高分子压电电缆的典型应用高分子压电电缆测速系统由两根高分子压电电缆相隔一段距离平行埋设于柏油公路的路面下50mm处如图621所示
高分子压电材料及热电材料ppt课件
4
• 各向同性的非晶态聚合物对应力的响应与 方向无关，不能预示在零电场时它会有压 电及热电响应。然而若人为地使样品内分 子偶极子的排布从优取向，则样品就可能 具有压电及热电效应。
5
• 对于晶态聚合物，可将压电张量与热电张 量的分量记为。
6
• 沿十3方向的拉应力将使样品厚度增加．电极电荷 下降，故d33为负，记为d33-沿1与2方向的应力使 样品厚度下降，电极电荷增加，因而d31与d32为正。 d24与d15分别代表切应变力T4与T5产生的压电常数 分量，由于绕轴l发生正切变，切变应力T4使偶极 子由十3方向旋转到十2方向，在切应变前，电位 移D2＝0，切应变后，1与3方向因切变前后状态 不变而不发生压电效应，即d24≠0， d14＝d34＝ 0．同理，切变应力T5使偶板子由十3方向旋转到 十1方向，即d15≠0, d25＝d35＝0．至于切变应力T6 因它不使1、2、3方向的极化状态改变，故d16＝ d26＝d36＝0．
7
• 热电常数。因为沿1、2轴不存在净偶极矩， 故p1=p2＝0，温度增加使晶体膨胀，极化 强度下降，故p3负，记为p3-
8
压电高分子材料分类
• 虽然几乎所有的高分于材料都具有一定的 压电性，通常可把具有实用价值的压电高 分子材料分为3类：天然高分子压电材料， 合成高分子压电材料；复合压电材料（晶 态高分子十压电陶瓷，非晶高分子十压电 陶瓷）
28
• 聚偏氟乙烯链的序列结构
• 单体链节A是正常的头—尾结构，而B、C、 D是头—头或尾—尾结构，是不规整链节， 就会有反方向的—CF2-偶极子，从而降低 压电率．
29
• 聚合物的极性与其晶相结构有关．PVDF在结晶 时．依赖于条件可以生成三种晶相，即α、β、γ相， 并在一定条件下可以互相转化，α相晶体的结构属单 斜晶系(β’=90。)，链具有一种滑移型tgtg (t表示反式， g表示左旁式，g’旁式)构象，β具有与链轴垂立及相 平行的偶极矩分量。同一晶胞内两条链的偶极矩呈 反平行，故晶体没有自发极化，呈反极化。当PVDF 薄膜在130℃以下定向拉伸到原始长度的几倍时，就 出现β晶相，用于正交晶系，相晶体中链是扩展的平 面锯齿型t t t t构象。在垂直链轴方向的偶极矩大(约 为7.06×10-30cm)，同一晶胞内两条链的偶极矩相互 平行，因而晶体有自发极化，为极性晶体。γ晶相是 PVDF在低于熔点的湿度和普通大气压下结晶得到的， 或在高温下通过熔融结晶得到。γ晶相的红外光谱与 β晶相的十分类型，用于正交晶系，链的构象近似为
压电传感器-高分子材料
屏蔽层 压电 材料 橡胶保护层 铜芯 原理 压电电缆
24
高分子压电材料的其它应用
脉搏计数探测 振动、冲击、碰撞报警 振动加速度测量
管道压力波动
25
报警系统拓展思考
ห้องสมุดไป่ตู้
Q ：如何提高玻璃破碎报警装置、周界防护装置的 灵敏度，同时降低误报率？
A：阈值设定
软件补偿
26
重点回顾
原理 特点
压电效应
可逆
动态力，定性分析
压电陶瓷传感器 定量测量
对比学习
27
压电传感器—高分子压电材料
高分子压电材料原理及特性
高分子材料压电传感器的测量电路
高分子压电材料的应用
前沿科技与网络拓展阅读
28
站在巨人肩上——前沿科技
压电高分子纳米纤维薄膜柔性力学传感器
聚偏二氟乙烯 及偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物
具有良好的力学性能、高灵敏度、生物相容性
沿X（Y）方 向施加外力
Y
表面产生电荷 d31-压电常数
Q d31F
外力的大小
外力施加的方向
压电系数（x10-12C/N）
X 极化后，有压电性质
q的大小
q分布的平面 和极性
居里温度（℃）
材料
石英 锆钛酸铅
形状
单晶 陶瓷
d11=2.31，d14=0.727 d33=71~590，d31=-100~230
有着传统压电材料不可比拟的
柔软、透气等特性…
压电薄膜扬声器
29
网络拓展阅读
压电薄膜传感器在医疗行业生命特征监测方面的应用
/1232.htm
压电式加速度传感器
/view/2124088.htm?fr=aladdin
电压型传感器
dt
dt
dt dt
(b)铁心旋转型
e ANBcos2t
这种结构可做成测角速度
三、结构类型
2 恒磁通结构:
工作气隙中的磁通恒定，感应电动势是由于永 久磁铁与线圈之间有相对运动－线圈切割磁力 线产生。
分为 ：动铁式和动圈式
动铁式
动圈式
基本原理
如果在线圈运动部分的磁场强度B是均匀的， 则当线圈与磁场的相对速度为υ时，线圈的感应电动势：
第5章 电压型传感器
理解常见电压 型传感器的基 基本本工要作求原：理 掌握常见电压 型传感器的测
量电路
主要内容
5.1磁电式传感器 5.2压电式传感器 5.3热电偶传感器 5.4光电传感器 5.5霍尔传感器
5.1 磁电式传感器
通过电磁感应原理将被测量（如振动、转速、 扭矩）转换成电势信号。 利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输 出感应电势；属于机-电能量变换型传感器
优点: 不需要供电电源，电路简单， 性能稳定，输出阻抗小
一、基本原理
磁电式传感器是基于电磁感应原理的传感器。 根据电磁感应定律可得：
e N d
dt
即回路中产生的感应电势与磁通量对时间的 变化律成正比
6压电式
压电传感器中的压电元件材料一般有三类： 1、石英晶体； 2、压电陶瓷； 3、高分子压电材料：典型的高分子压电材料有聚偏二氟 乙烯、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。 这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。
在一定温度条件下，对压电陶瓷加以强电场，此时电畴 的极化方向发生转动，趋于外电场的方向排列，材料得以 极化。 极化处理后，由于铁电体在撤去外电场后有剩余极化 的特性。当外电场撤去后，压电陶瓷片两端出现束缚电 荷一端为正，一端为负。由于束缚电荷作用，压电陶瓷 片两端很快吸引一层来自外界的自由电荷，这些自由电 荷与束缚电荷等值反向，故陶瓷片对外界不显电性。
2、压电陶瓷的压电常数会随着时间的增加而减小，故应 定期进行灵敏度校正，石英晶体则无需校正。
四、测量电路
压电传感器本身内阻抗很高，而输出的能量非常微弱， 故其测量电路通常需要有一个高输入阻抗的前置放大级作 为阻抗匹配，后方可采用的放大、检波、指示等电路。 压电式传感器的前置放大器有两个作用：
一)把压电传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出
Z
FY为沿机械轴Y方向施加的压力。
a FY b
b
X
Y a c
3)石英晶体的压电机理
在一个晶体单元组中，有三个硅离子和六个氧离子，将硅离子与2个
氧离子分别等效为＋、－。其中Si4+及2O2-分布在正六边形的顶角上，形 成3个大小相等，互成120o交角的电偶极矩P1、P2和P3，P＝q· l，其方向 从负电荷指向正电荷，是矢量。不受力时，P1＋P2＋P3＝0，呈电中性。 当受X轴方向压力时，P1＋P2＋P3＜0，即为纵向压电效应。 当受Y轴方向压力时，P1＋P2＋P3＞0，即横向压电效应。
压电式
2012-1-9
2 等效电路和测量电路
Equivalent circuit and measurement circuit
1. 等效电路 2. 测量电路
2012-1-9
压电式传感器
18
1. 等效电路 Equivalent circuit
压电器件实际上是一个电荷发生器， 压电器件实际上是一个电荷发生器，也可视 为一个电容器。 为一个电容器。
压电式传感器
2012-1-9
22
1）电压放大器 ） Voltage amplifier
电压放大器又称阻抗变换器， 电压放大器又称阻抗变换器，它的主要作用是 把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输 出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。 出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。
电压放大器的测量特性： 电压放大器的测量特性：
在开路状态，其输出电荷 在开路状态， 和电荷灵敏度分别为： 和电荷灵敏度分别为：
Q = Ca ⋅ U a K q = Q / F = Ca ⋅ U a / F 则 : K u = K q / Ca
2012-1-9 压电式传感器 20
1. 等效电路 Equivalent circuit
（2）当需要输出电压时，压电器件可等效成 ）当需要输出电压时， 一个与电容串联的电压源。 一个与电容串联的电压源。
三效应： 三效应：
纵向效应： 纵向效应：沿x轴加力 横向效应： 横向效应：沿y轴加力 切向效应： 轴方向形成力矩。 切向效应：垂直z轴方向形成力矩。
2012-1-9 压电式传感器
横向效应 切向效应 8 纵向效应
1. 压电效应 Piezoelectric effect
2）逆压电效应 Reverse piezoelectric effect)：由 ）逆压电效应( 于外电场作用导致物体的机械变形现象， 于外电场作用导致物体的机械变形现象， 称为逆压电效应，又称电致伸缩效应。 称为逆压电效应，又称电致伸缩效应。
自动检测技术及应用
设计题：P58 12题：2-12.酒后驾车易出事故，但判定驾驶员是否喝酒过量带有较大的主观因素。
请你利用学过的知识，设计一台便携式、交通警使用的酒后驾车测试仪。
总体思路是：让被怀疑酒后驾车的驾驶员对准探头（内部装有多种传感器）呼三口气，用一排发光二级管指示呼气量的大小（呼气量越大，点亮的LED越多）。
当呼气量达到允许值之后，“呼气确认”LED亮，酒精蒸气含量数码管指示出三次呼气的酒精蒸气含量的平均百分比。
如果呼气量不够，则提示重新呼气，当酒精含量超标时，LED闪亮，蜂鸣器发出“滴……滴……”声。
根据以上设计思路，请按以下要求操作。
1）上网查阅有关酒精蒸汽测试仪以及燃料电池型呼气酒精测试传感器的资料；2）说明燃料电池型呼气酒精传感器与MQN型气敏电阻的区别；3）画出你构思中的便携式酒后驾车测试仪的外形图、包括一根带电缆的探头以及主机盒。
在主机盒的面板上必须画出画出电源开关、呼气指示LED若干个、呼气次数指示LED（3个）、酒精蒸气含量数字显示器、报警LED、报警蜂鸣器发声孔等；4）画出测量呼气流量的传感器简图；5）画出测量酒精蒸气含量的传感器简图；6）画出测试仪的电路原理框图；7）简要说明几个环节之间的信号流程；8）写出该酒后驾车测试仪的使用说明书。
答：1、酒精测试仪 Alcohol tester：酒精浓度测试仪，又称酒精检测仪，是可供执法交警作为检测驾驶人员呼气酒精含量的具有法律效力的酒精测试仪，也可以用在需要控制人体酒精呼入量以确保安全的任何场合。
可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。
燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。
燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。
自动检测技术和应用
设计题：P58 12题：2-12.酒后驾车易出事故，但判定驾驶员是否喝酒过量带有较大的主观因素。
请你利用学过的知识，设计一台便携式、交通警使用的酒后驾车测试仪。
总体思路是：让被怀疑酒后驾车的驾驶员对准探头（内部装有多种传感器）呼三口气，用一排发光二级管指示呼气量的大小（呼气量越大，点亮的LED越多）。
当呼气量达到允许值之后，“呼气确认”LED亮，酒精蒸气含量数码管指示出三次呼气的酒精蒸气含量的平均百分比。
如果呼气量不够，则提示重新呼气，当酒精含量超标时，LED闪亮，蜂鸣器发出“滴……滴……”声。
根据以上设计思路，请按以下要求操作。
1）上网查阅有关酒精蒸汽测试仪以及燃料电池型呼气酒精测试传感器的资料；2）说明燃料电池型呼气酒精传感器与MQN型气敏电阻的区别；3）画出你构思中的便携式酒后驾车测试仪的外形图、包括一根带电缆的探头以及主机盒。
在主机盒的面板上必须画出画出电源开关、呼气指示LED若干个、呼气次数指示LED（3个）、酒精蒸气含量数字显示器、报警LED、报警蜂鸣器发声孔等；4）画出测量呼气流量的传感器简图；5）画出测量酒精蒸气含量的传感器简图；6）画出测试仪的电路原理框图；7）简要说明几个环节之间的信号流程；8）写出该酒后驾车测试仪的使用说明书。
答：1、酒精测试仪 Alcohol tester：酒精浓度测试仪，又称酒精检测仪，是可供执法交警作为检测驾驶人员呼气酒精含量的具有法律效力的酒精测试仪，也可以用在需要控制人体酒精呼入量以确保安全的任何场合。
可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。
燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。
燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。
自动检测与转换技术 课后习题
判定数字仪表位数的两条原则
1.能显示0~9所有数字的“位”是 “整位”；
2. 分 数 位 的 判 定 ： 在 最 大 显 示 值 中，以最高位所能显示的数值作为分 子，用满量程的最高位作为分母。
可参考汽车速度的测量原理
与车轮联动
自行车速度、里程测量仪表设计注意事项
1.观察自行车的结构可知，车速及公里数与车轮的直径及 转速成正比，因此应将注意力集中到自行车的前、后轮上。设 车轮的直径为D（m），则周长l=πD，车轮转动的圈数即为自 行车行驶距离的基本参数。若转动圈数为N，则累计路程L= Nl = NπD ；若每分钟转动的圈数为n（ n= N /t，圈/分钟）则车速 v=60nl/1000(km/h) =0.06 n πD(km/h) 。
2020/4/24
7
判定数字仪表位数（续）
再如，一台如右图的 数字电压表， 其最大显示 值为399.9V ，最高位只能 显示0、1、2、3这四个数 字（有时0不予显示），所 以它是3 3/4位表。
用普通的3 ½ 位DMM测量220V或380V工频电
压时，量程必须选择700V AC档；相比之下，使用 3 3/4位的DMM只需选择400V AC档，准确度优于 700V AC档，既不欠量程也不超量程，分辨力也提 高了许多。
分别过1m3/s和 7m3/s点作切线，得到 以Δx 和Δy为边的三角 形，利用下式得到灵 敏度K 。
K dy y dx x
q/（m3/s）
1
7
作图法求灵敏度的过程（续）
y
高分子材料在电气领域中的应用研究
高分子材料在电气领域中的应用研究高分子材料是指由大量分子组成的聚合体材料，常见的高分子材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
这些材料具有优异的物理化学性质，可以应用于各种领域，比如电气领域。
在电气领域中，高分子材料的应用越来越广泛，主要表现在以下几个方面。
一、高分子材料在电线电缆中的应用高分子材料的低价格、良好的绝缘性能和耐高温性能使其成为电线电缆的理想材料。
特别是聚烯烃类高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，在电线电缆中的应用非常广泛。
这些材料具有优异的机械性能和强度，同时在绝缘和耐热方面也具有良好的性能，可以满足电线电缆制造的要求。
二、高分子材料在绝缘材料中的应用绝缘材料是指在电气设备中用来隔离电极间的材料。
高分子材料因其良好的绝缘性能和耐化学性能而成为绝缘材料的首选。
目前，在高压电力设备（如变压器、开关设备等）中常常使用酚醛树脂、环氧树脂等高分子材料作为绝缘材料。
这些材料的绝缘性能和耐高温性能非常出色，可以满足高压电力设备中的要求。
三、高分子材料在电子元器件中的应用随着现代电子技术的不断发展，电子元器件越来越小和精密，因此对材料的要求也越来越高。
对于电子元器件来说，高分子材料主要应用在保护层和外壳材料中。
例如，有机硅材料常用于电子元器件的封装，以保护其安全。
同时，高分子材料的化学惰性和耐腐蚀性也得到了广泛应用。
四、高分子材料在太阳能电池板中的应用太阳能电池板是利用太阳能转化成电能的一种设备。
在太阳能电池板的制造中，高分子材料也有着重要的应用。
聚苯乙烯和聚碳酸酯等材料可以用作太阳能电池板表层的保护材料。
这些材料可以保护太阳能电池板表层不受紫外线、氧化和腐蚀的影响，从而提高太阳能电池板的寿命和效率。
总之，高分子材料在电气领域中的应用已经非常广泛，但是现在还有许多研究人员正在研究和探索更多的应用领域。
预计未来，高分子材料在电气领域中的应用前景将会越来越广泛。
电缆中的高分子材料
电缆中的高分子材料电缆中的高分子材料（一）电缆是连接电力或通信设备的一种重要装置，而其中起到关键作用的就是电缆的绝缘材料。
绝缘材料是电缆中用来隔离电流的材料，它需要具备良好的绝缘性能、物理强度和耐热性。
而在电缆中使用的绝缘材料通常是高分子材料。
高分子材料是指由大量重复单元通过共价键结合而形成的超大分子化合物，具有多样的结构和性能。
作为电缆的绝缘材料，高分子材料具有以下特点。
首先，高分子材料具有良好的绝缘性能。
绝缘材料需要具备较高的体积电阻率和介电强度，以阻止电流在绝缘材料中的泄漏和击穿。
高分子材料常常具有较高的体积电阻率，能有效地隔离电流，确保电缆的正常运行。
其次，高分子材料具有良好的物理强度和耐热性。
电缆在安装和运行过程中，常常需要承受一定的机械压力和温度变化。
高分子材料通常具有较高的拉伸强度和耐热性，能够在复杂的工作环境下保持电缆的完整性和稳定性。
此外，高分子材料还具有良好的加工性能和耐化学性。
电缆的绝缘材料需要能够进行成型和加工，以适应不同形状和规格的电缆需求。
高分子材料通常具有较好的可加工性，可以通过挤出、注射等工艺制备成各种形状的绝缘材料。
同时，高分子材料还能够抵抗酸碱溶液、油类和大气中的氧化等化学腐蚀，延长电缆的使用寿命。
总之，高分子材料在电缆中的使用是十分重要的。
它们能够提供优异的电绝缘性能、物理强度和耐热性，确保电缆的可靠运行。
未来，随着科技的不断进步，高分子材料的性能也将不断提高，为电缆行业带来更多的发展机遇。
电缆中的高分子材料（二）作为电缆中不可或缺的组成部分，高分子材料在电力和通信领域起到了重要的作用。
电缆的绝缘材料通常采用聚烯烃类高分子材料，如聚乙烯（PE）、交联聚乙烯（XLPE）等。
聚乙烯是一种常见的绝缘材料，具有良好的电绝缘性能、物理强度和化学稳定性。
聚乙烯材料结构简单，通过聚合反应可以制备出各种形态和规格的绝缘材料。
聚乙烯绝缘电缆具有排列整齐、绝缘性能稳定的特点，适用于一般电力和通信传输。
传感器实验--高分子压电电缆-应用演示
高分子压电 电缆的应用 演示
将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于பைடு நூலகம்柏油公路的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车 的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判 定汽车的车型。
交通监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
交通监测
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。
- 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)。
将高分子压电电缆埋在公路上， 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 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、 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。 通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。
高分子压电 电缆的应用 演示
将两根高分子压电电缆相距若干米， 将两根高分子压电电缆以用来测量车速及汽车 柏油公路的路面下约 ， 的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据， 的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判 定汽车的车型。 定汽车的车型。