压电陶瓷-电子科技大学
宽频压电振动俘能器的研究现状综述
宽频压电振动俘能器的研究现状综述徐振龙;单小彪;谢涛【摘要】In recent years,portable electronic devices,micro-electromechanical systems (MEMS) and wireless sensor networks have been widely used.The disadvantages of the batteries gradually become obvious.The piezoelectric vibration energy harvester can convert the ambient vibration energy to electric energy,so that the low-power microelectronic products can be wirelessly powered or self-powered.To enhance the environmental adaptability and improve the generating efficiency,the broadband piezoelectric energy harvesting turns to be a research hotspot.The principle,piezoelectric materials,and operation modes were presented firstly.The current status of the broadband piezoelectric energy harvester was reviewed.The problems in recent research work were summarized.Finally,the future research directions were proposed.The piezoelectric energy harvesting supplies a stable,safe,and enduring way to power the microelectronic products.It has a good application prospect.%随着便携式电子设备、微机电系统(MEMS)和无线传感器网络的广泛应用,化学电池供能的弊端日益显现.压电振动俘能器可以将环境中的振动能转换成电能,实现低功耗微电子产品的无线供能或能量自给.在实际应用中,为了增强俘能器的环境适应能力,提高其俘能效率,宽频压电俘能技术成为当前的研究热点.介绍了压电振动俘能器的工作原理、常用压电材料和工作模式,综述了宽频压电俘能技术的国内外研究现状,分析了当前研究中存在的问题和不足,提出了未来可能的研究方向.压电振动俘能技术为低功耗微电子产品提供了一种稳定、安全、长久的新供能方式,具有良好的应用前景.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)008【总页数】11页(P190-199,205)【关键词】振动俘能器;压电式;宽频【作者】徐振龙;单小彪;谢涛【作者单位】杭州电子科技大学机械工程学院,杭州310018;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TM619;TN384近几年，便携式电子设备、微机电系统(MEMS)和无线传感器网络在民用、军事、医疗和工业生产中得到了广泛应用。
用于压电换能器的频率跟踪驱动电路设计
用于压电换能器的频率跟踪驱动电路设计段誉;余厉阳;邹林【摘要】针对新的压电换能器损耗模型理论,设计并实现了跟踪最佳驱动频率的驱动电路.通过测量验证了最佳频率工作点的存在;利用LC滤波电路克服了电流振荡波形引起的干扰;对换能器进行阻抗匹配设计;通过数字锁相电路,结合FPGA多线程工作模式,实现了最佳频率跟踪.实验结果表明:在新的频率跟踪系统下,换能器的发热量降低为原来的一半,相较于定频系统运行更加稳定.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2018(031)009【总页数】6页(P1331-1336)【关键词】频率跟踪;压电换能器;最佳驱动频率;频率偏移【作者】段誉;余厉阳;邹林【作者单位】杭州电子科技大学电子信息学院,杭州310018;杭州电子科技大学电子信息学院,杭州310018;杭州电子科技大学电子信息学院,杭州310018【正文语种】中文【中图分类】O426.9现有理论认为压电陶瓷工作于其谐振频率时品质因数最高,因此压电换能器大都工作于谐振频率,驱动电路也常常根据换能器的谐振阻抗来设计,为了系统稳定工作而设计的锁频电路也都锁定在谐振频率。
但是,这一理论忽略了当不同压电损耗因子耦合时损耗会下降的情况。
最近由Shekhani和Uchino根据上述原理完成的实验证明[1-2],压电换能器的最高机械品质频率点出现在谐振频率和反谐振频率之间。
由于最佳驱动频率的高机械品质因数,此时的压电换能器获得了更高的效率,并降低了损耗减小了发热。
但是即使运行在最佳频率下,换能器的发热情况依旧明显,发热导致的频率偏移在固定频率的驱动方式下会导致工作效率大幅下降,因此本文根据这一现象,设计了一套针对最佳驱动频率运行原理的频率跟踪驱动电路。
在本文中,系统使用朗之万(Langevin)型压电换能器作为载体,验证了假设的可行性。
首先,通过恒定振动速度的测量方法测算出最佳驱动频率。
通过不同频率下实际输入功率的大小得出谐振与反谐振频率之间的最低功耗频率。
压电陶瓷低温烧结的研究进展
引言压电陶瓷的发现与发展已有50余年，是一类极为重要的国际竞争激烈的高技术新型功能材料，作为传感器、蜂鸣器、激励器等在电子学、微机电学等诸多高科技领域得到广泛应用，遍及社会生活的各个角落。
随着科学技术的飞速发展，对压电陶瓷的性能也有了更高的要求[1]。
1.压电陶瓷低温烧结研究的必要性目前，在压电陶瓷应用领域占主导地位的是以PbTiO3-PbZrO3(PZT) 为基的二元系、三元系陶瓷。
这种传统压电陶瓷的烧结温度一般都在1200～1300℃左右。
另外，由于在高温烧结时铅的严重挥发，导致材料的化学计量比偏离原先所设计的配方，使其电性能下降，同时挥发出有毒的铅污染环境，损害人类的健康和生活环境。
目前常用的烧结方法主要有密封烧结法、埋烧法、气氛法、过量PbO法，但这些方法主要是为了确保配方中的化学计量比不变，并不能从根本上解决铅的挥发。
因此抑制铅挥发积极而有效的方法是实现压电陶瓷的低温烧结。
日本学者Saito等[2]在Nature杂志上报道成功制备了一种新型的KNN陶瓷，这种陶瓷的性能通过后来科研工作者的掺杂改性已经达到甚至在某些方面超出了目前得到广泛应用的高性能PZT陶瓷。
然而，KNN压电陶瓷有一个很大的缺点，难以采用传统陶瓷工艺制备致密性良好且性能优异的陶瓷体。
这主要是由于以下两个方面的原因：(一) KNN陶瓷的相稳定性被限制在1140℃，超过1140℃，KNN陶瓷将不能以固态形式存在。
因此，烧结温度不宜过高，这就阻碍了KNN陶瓷的致密化。
(二)由于在烧结过程中碱土元素的挥发，使化学计量比发生偏离，产生另外一种杂质相，这种物质遇到潮湿的环境，非常容易发生潮解。
这些缺点都极大地限制了无铅压电陶瓷的应用。
为了克服上述缺陷，国内外学者从添加第二组元、添加烧结助剂、改善制备工艺等方面对KNN无铅压电陶瓷作了大量研究[3]。
2．压电陶瓷低温烧结的发展状况压电陶瓷的低温烧结技术的研究开始于1960年以后，通常都是从添加烧结助熔剂和改进工艺两方面来降低烧结温度的。
压电陶瓷的生产工艺技术与应用
压电陶瓷的生产工艺技术与应用摘要：压电陶瓷的发现已经有四十年多年的历史，国内外的研究者在其生产工艺技术的探索上已经做了不少研究。
研究者针对压电陶瓷传统工艺流程中的某些环节进行改进，研究出压电陶瓷的一些特殊生产工艺技术，使其在一些特定范围内更好地发挥作用。
因此，本文将从压电陶瓷的一般工艺展开，引出到目前为止，压电陶瓷的一些其他生产工艺技术，并系统地介绍了压电陶瓷在生产生活中的应用。
关键词：压电陶瓷；生产工艺技术；改进；应用Production technology and applications of piezoelectric ceramics Abstract: The discovery of piezoelectric ceramics have been over forty years in history, the researchers at home and abroad have done a lot of research to explore the production technology of piezoelectric ceramics. The researchers have improved some links of the piezoelectric ceramics' traditional process and come up with some special production technology of piezoelectric ceramics, which have made piezoelectric ceramics wok better in some particular range. Therefore, this paper will launch the piezoelectric ceramics' production technology from general process to, so far, some of the other piezoelectric ceramics' production technology, and introduce the applications of piezoelectric ceramics systematically.Key Words: piezoelectric ceramics；production technology；improve；applications1. 前言1.1 压电陶瓷的研究背景[1]-[8-10]1880年，居里兄弟首先在单晶发现压电效应，这是压电学建立和发展的起点。
传感器原理及工程应用_(第三版)_((郁有文))_(西安电子科技大学出版)_详细答案 (1)
4-12 电涡流传感器常用的测量电路有哪几种？其测量原理如何？各有什么特点？1、用于电涡流传感器的测量电路主要有：调频式、调幅式电路两种。
2、测量原理（1）调频式测量原理传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x 的函数，即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的电压。
图4-6调频式测量原理图（2）调幅式测量原理由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡电路。
石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流i o。
当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率f o，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。
因此，输出电压也随x而变化。
输出电压经放大、检波后，由指示仪表直接显示出x的大小。
图4-7调幅式测量原理图除此之外，交流电桥也是常用的测量电路。
3、特点✧调频式测量电路除结构简单、成本较低外，还具有灵敏度高、线性范围宽等优点。
✧调幅式测量电路线路较复杂，装调较困难，线性范围也不够宽。
4-13 利用电涡流式传感器测板材厚度，已知激励电源频率f =1MHz，被测材料相对磁导率μr=1，电阻率ρ=2.9×10-6ΩCm，被测板材厚度为=（1+0.2）mm。
试求：（1）计算采用高频反射法测量时，涡流透射深度h为多大？（2）能否采用低频透射法测板材厚度？若可以需采取什么措施？画出检测示意图。
【解】1、为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1和S2。
S1和S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。
若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有x1+x2=常数的关系存在。
传感器原理及应用_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
传感器原理及应用_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.影响金属丝材料的应变灵敏系数的主要因素是（）答案:金属丝的电阻率变化2.下面哪项是衡量应变片时间稳定性的指标（）答案:零漂3.电阻应变片只能作为敏感元件直接用于被测试件的应变测量，不能作为转化元件对其他物理量做间接测量。
答案:错误4.以下不属于接触式测量温度的传感器有（）答案:光学高温传感器5.以下关于线性度的理解正确的选项是（）答案:拟合直线常用最小二乘法获得6.迟滞特性表明传感器在正反行程期间输出－输入特性曲线不重合的程度。
以下关于迟滞特性的说法不正确的是（）答案:迟滞特性不会对传感器的动态特性造成任何影响7.霍尔电势的不等位电势产生的主要原因不包括（）答案:激励电极与霍尔电极接触不良，形成非欧姆接触8.下列关于霍尔元件温度补偿的说法正确的是（）答案:霍尔元件灵敏系数KH温度补偿的方法有热敏电阻补偿法和双霍尔元件补偿法9.人眼系统敏感最高峰的光的波长是（）答案:555 nm10.在采用正弦输入来研究传感器的频域动态特性时，常用和来描述传感器的动态特性，其重要指标是。
(各空用分号分开)答案:幅频特性、相频特性、频带宽度11.静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如、、、.... 。
（四项以上）（各空用分号分开）答案:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移、分辨率12.通常传感器由、、、四部分组成，能把外界转换成电量的器件和装置。
（回答时各空用分号分开）答案:敏感元件、转换元件、信号调节转换电路、信号调理电路、电源、非电量、电量13.想要提高电桥的电压灵敏度Ku，必须提高电源电压，但不受应变计允许功耗的限制。
答案:错误14.产生磁电阻效应的基本机制是磁场改变了导体载流子迁移的路径，致使与外界磁场同方向的电流分量减小，等价于电阻增大。
答案:正确15.磁阻效应为当半导体受到与电流方向垂直的磁场作用时出现电流密度下降、电阻率增大的现象。
能量采集整流电路的整流效果对比
能量采集整流电路的整流效果对比朱艳生;杨世权【摘要】在能量采集领域中,利用压电材料作为能量源是一种常用能量采集方法.压电式振动采集装置在振动过程中,输出的交流电电压相对较高、但电流却很小,能量很弱,不可直接驱动电子负载.有很多学者针对能量采集电路中的重要模块——整流模块做了研究,文章列举了常见整流电路,其中包括:单相半波整流电路、单相桥式整流电路、标准能量采集电路、抽头式全波整流电路、MOS管整流电路、倍压整流电路、同步开关电感电路,对比各种电路的整流效果,阐明整流电路的优点和不足.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2018(020)005【总页数】4页(P1-4)【关键词】能量采集;压电效应;整流电路【作者】朱艳生;杨世权【作者单位】西华师范大学电子信息工程学院,四川南充 637002;西华师范大学电子信息工程学院,四川南充 637002【正文语种】中文【中图分类】TN71 引言随着电子产品的更新换代，电源供电一直是限制电子产品发展的短板，因而能量采集技术的研究成为当今的关注焦点。
利用压电材料作能量采集已是一种常用能量采集方法，压电材料振动采集装置在振动过程中，输出的交流电电压相对较高、电流却较小[1]，能量弱，不可直接驱动电子负载，因此，能量采集装置压电材料与电子负载之间必须增加能量管理电路。
通常能量管理电路主要由能量源模块、整流模块、储能模块等构成，其中整流模块是本文的研究重点。
常用整流电路有：单相半波整流电路、单相桥式整流电路、标准能量采集电路、抽头式全波整流电路、MOS管整流电路、倍压整流电路、同步开关电感电路。
本文针对压电片连接的整流电路研究对比，分析输出效率较好的整流电路。
2 半波整流半波整流电路[2]，半波整流在单相整流时使用一只二极管，如图 1所示。
当变压器次级绕组电压 U2 为正半周时，二极管导通，在负半周时，二极管截止，Ud为二极管的分压，输出直流电压Uo：图1 半波整流电路在半波整流器的工作过程中，只有一半的能量转换给超级电容储存，功率转换效率很低，超级电容的储能为：3 全波整流3.1 单相桥式整流电路能量采集输出功率的研究中，文玉梅等[3,4]提出一种采用全桥整流加变压器的整流电路，这样使得压电片形成的等效电容和变压器初级线圈构成RLC谐振电路，以此来提高压电输出的效率。
超声波换能器特性分析及其电源设计
硕士学位论文题目:超声波换能器特性分析及其电源设计研究生陈张平专业控制理论与控制工程指导教师王建中教授邹洪波讲师完成日期 2013年1月杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。
本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。
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（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日杭州电子科技大学硕士学位论文超声波换能器特性分析及其电源设计研究生：陈张平指导教师：王建中教授邹洪波讲师2013年1月Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi Universityfor the Degree of MasterAnalysis on the Features of the Ultrasonic Transducer and Design for the Power SupplyCandidate: Zhangping ChenSupervisor: Prof. Jianzhong Wang,Lecturer Hongbo ZhouJanuary，2013摘要超声波设备主要由超声波换能器、超声波发生电源（简称超声波电源，本文中介绍的超声波电源为数控式超声波电源）组成。
压电陶瓷ppt课件
其它几种重要的压电陶瓷包括
PbTiO3- PbZrO3；
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Pb(Co1/3Nb2/3)O3- PbTiO3- PbZrO3 ；
Na0.5K0.5NbO3 ；Pb0.6Ba0.4Nb2O6 ；
BNT(B0.5Na0.5TO3)、KNN(K0.5Na0.5NbO3）等。
还具有热电性；铁电体也是一种极性晶体，属于热电体，因 而也是压电体。
2
3. 压电陶瓷
陶瓷—多晶体—各晶粒之间的压电效应会相互 抵消；
人工极化：经直流强电场极化处理过的铁电陶 瓷，使晶粒中的所有电畴都尽可能地转向了电 场的方向，铁电晶体所固有的压电效应就会在 陶瓷材料上呈现出来。因此，压电陶瓷实际上 也就是经过直流强电场极化处理过的铁电、压 电陶瓷。
3
表征参数
机电偶合系数K
or：
K
2
由压电效应转换的电能 储入的机械能总量
K
2
由逆压电效应转换的机械能 储入的电能总量
K值越大，材料的压电耦合效应越强。 除此之外，还有压电系数d、机械品质因素Q、
弹性系数S和频率常数N等。
4
主晶相结构
钙钛矿型、钨青铜型、焦绿石型、含钛层状结构。
目前应用最广泛的是BaTiO3、PbTiO3、 PbZrO3等, 都属钙钛矿型晶胞结构。
§9.5 压电陶瓷
压电陶瓷（piezoelectric ceramics） ——具有压电效应的陶瓷材料，
即能进行机械能与电能相互转变的 陶瓷； 制备方便，成本低廉，发展迅速， 一类重要的功能陶瓷材料； 目前，压电陶瓷在工程方面的应用， 甚至超过了压电晶体。
1
一、压电效应及陶瓷压电机制
压电陶瓷文献综述1
压电陶瓷文献综述班级：姓名：学号：专业：压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料压电效应{1},压电陶瓷除具有压电性外, 还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。
压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等{2}，除了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们服务，为人们创造更美好的生活而努力。
基本释义压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。
与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒{3}。
由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的{4}。
为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向. 经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质{5}。
发展历史1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史{6}。
1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数{7}。
1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。
第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章{8}。
第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷，压电材料及其应用取得划时代的进展。
智能针灸机器人关键技术及发展趋势
2019年9月Chinese Journal of Intelligent Science and Technology Sept. 2019 第1卷第3期智能科学与技术学报V ol.1No.3智能针灸机器人关键技术及发展趋势徐天成1，王雪军2，卢东东3，卢梦叶1，林祺1，张小强2，成艺4（1. 南京中医药大学，江苏南京 210029；2. 南京理工大学，江苏南京 210094；3. 中国科学院空天信息研究院，江苏苏州 215000；4. 电子科技大学，四川成都 611731）摘 要：针灸疗法已经在全球超过183个国家及地区获得广泛应用。
随着机器人技术的迅猛发展，研发智能针灸机器人成为可能，围绕其相关核心技术进行研究，指出穴位的自动定位及智能配穴等是智能针灸机器人研发的关键技术和难点，并阐述了智能配穴相关研究的部分最新成果。
关键词：医疗机器人；人工智能；针灸治疗中图分类号：R246.9文献标识码：Adoi: 10.11959/j.issn.2096−6652.201918Developing trend and key technical analysis ofintelligent acupuncture robotXU Tiancheng1, WANG Xuejun2, LU Dongdong3, LU Mengye1, LIN Qi1, ZHANG Xiaoqiang2, CHENG Yi41. Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210029, China2. Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China3. Aerospace Information, Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215000, China4. University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, ChinaAbstract: Acupuncture therapy has been adopted in more than 183 countries and regions around the world. With the rap-id development of robot technology, research and development of intelligent acupuncture robot become possible, based on its core technology related research, that the point of automatic positioning and intelligent distribution point is the key technology and difficulty in research and development of intelligent acupuncture robot was pointed out in this paper, and thus, the concept of communion robot potential application value to the development of medical robot was also discussed.The latest research results of intelligent acupoint matching were also provided.Key words: medical robot, artificial intelligence, acupuncture treatment1引言1985年的机器人辅助定位神经外科活检手术标志着医疗机器人行业的起步[1]，此后相继出现了手术机器人、康复医疗机器人和医院服务机器人等各类医用机器人。
国内先进陶瓷研究机构介绍
国内先进陶瓷研究机构介绍一、先进陶瓷及其研究机构简介我国先进陶瓷材料的研究主要起始于20世纪70年代，以中科院上海硅酸盐研究所、清华大学、山东工陶院、天津大学为代表的一批高校和研究院所率先开展结构陶瓷、功能陶瓷的基础理论与制备技术的研究。
早期科研成果的产业化包括高压钠灯透明氧化铝陶瓷灯管、氮化硅陶瓷刀具、透波石英陶瓷头罩等。
特别是在“七五”和“八五”期间，以高效发动机和燃汽轮机中使用的高温陶瓷关键零部件开发为导向的陶瓷材料的组成设计、晶界工程、净尺寸陶瓷成型、气压烧结、热压烧结、热等静压烧结技术的研发。
当时参与“发动机用先进陶瓷”这一国家层面的重大联合攻关项目的单位有清华大学、上海硅酸盐研究所、山东工陶院、天津大学、浙江大学、华南理工大学、中国建筑材料科学研究总院、上海内燃机研究所等单位。
研究的课题包括:1）气氛加压烧结Si3N4，界面特性；2）柴油机ZrO2陶瓷针阀研制；3）氮化硅陶瓷镶块材料的烧结制备；4）氮化硅陶瓷电热塞研制；5）增压器陶瓷涡轮转子注射成型工艺研究；6）绝热发动机用增韧莫来石复相陶瓷部件；7）压滤成型陶瓷涡轮转子的研究；8）Mg-PSZ陶瓷材料及发动机用陶瓷材料；9）Sialon陶瓷气门的制备研究；10）Si3N4陶瓷与钢的连接技术研究；11）检测陶瓷零件的微焦点X-CT实验系统；12）陶瓷的无损检测与力学行为分析。
正是上述这一历时数年的先进陶瓷大项目大工程，为我国先进陶瓷的研究与发展培育了人才队伍，奠定了技术与工艺基础。
目前，国内已有100多所大学和科研院所从事先进陶瓷材料的研究，其中包括一批国家级陶瓷重点实验室或工程研究中心，如清华大学“新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室”、中科院上硅所“高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室”、武汉理工大学“材料复合新技术国家重点实验室”、山东工陶院的“国家工业陶瓷工程技术研究中心”。
先进陶瓷材料研究的主要大学还包括：哈尔滨工业大学、东华大学、湖南大学、浙江大学、西北工业大学、西安交通大学、景德镇陶瓷大学、长沙理工大学、广东工业大学、国防科技大学、江苏大学、天津大学、东北大学、郑州大学、北方民族大学、映西科技大学、武汉科技大学、华南理工大学、华中科技大学、北京大学、上海大学、海南大学、山东理工大学、昆明理工大学、辽宁科技大学、厦门大学、合肥工业大学、北京航天航空大学、北京理工大学、北京科技大学、湖南人文科技学院、湖北工业大学、西南交通大学、大连海事大学、上海海事大学、江苏师范大学、厦门理工学院、红河学院、合肥学院、铜仁学院等。
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产生压电效应的原因：(1)x轴上受力 如果在x轴方向压缩，如图7—4(b)所示，则硅离子1 就挤入氧离子2和6之间，而氧离子4就挤入硅离子3和5 之间。结果在表面A上呈现负电荷、而在表面B呈现正 电荷。如果所受的力为拉伸 ，则硅离子1和氧离子4向 外移，在表面A和B上的电荷符号就与前者正好相反。
压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础的。 •概念：当某些材料在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生 变形时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新 回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。而具有这种压 电效应的物体称为压电材料或压电元件。常见的压电材料有石
英、钛酸钡、锆钛酸铅等
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产生压电效应的原因：（3）在z轴方向受力时 在z轴方向受力时，由于硅离和氧 离于是对称平移、故
在表面上没有电荷呈现，因而没有压电效应。Leabharlann 电子科技大学 传感技术课程组
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压电常数和表面电荷的计算
压电元件在受到力作用时，就在相应的表面上产生表面电荷。其计算公式如下
①
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天然结构的石英晶体，它是个六角形晶柱。 在直角坐标系中． z轴表示其纵向轴，称为光轴； x轴平行于正六面体的棱线，称为电轴； y轴垂直于正六面体棱面，称为机械轴。 通常把沿电轴 (x 袖 ) 方向的力作用下产生电荷的 压电效应称为“纵向压电效应”； 而把沿机械轴 (y 轴 ) 方向的力作用下产生电荷的 压电效应称为“横向压电效应”； 在光轴(z轴)方向受力时则不产生压电效应
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•特点： •Ⅰ 当某些材料在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变 形时，其表面上会产生电荷； •Ⅱ 若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态； •Ⅲ 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比； •Ⅳ 如对晶体施加一负变电场，晶体本身将产生机械变形，这 种现象称为逆压电效应
第 4章
压电式力学量传感器
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目录
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
压电式传感器的工作原理 压电材料 压电式传感器的等效电路 压电式传感器的信号调节电路 压电式加速度传感器 压电式测力传感器
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4.1 压电式传感器的工作原理
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4.2
•
① ②
压电材料
选用压电材料应考虑以下几方面：
转换性能：具有较大的压电常数； 机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的强度高、刚度大、性范
围和高的固有振动频率；
③ 电性能；希望具有高的电阻率和大的介电常数，以期减弱外部分布电 容的影响并获得良好的低频特性； ④ 温度和湿度稳定性要好，具有较高的居里点，以期得到较宽的工作温 度范围； ⑤ 时间稳定性：压电特性不随时间蜕变。
•概念：压电材料有三类：压电晶体、压电陶瓷、有机压电材料
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压电晶体
① 石英。它是一种天然晶体，现在已有高化学 纯度和结构完善的人工合成的石英晶体，压 电系数 d11② 水熔性压电晶体。属于单斜晶系的有酒石酸 钾钠，酒石酸乙烯二铵 ( 简称 EDT) ，酒石酸 二钾(简称DKT)，硫酸理 ③ 属于正方晶系的有磷酸二氢钾 (简称KDP)， 磷酸二氢氨 (N 简称 ADP) ，砷酸二氢钾 ( 简称 KDA)．砷酸二氢氨(简称ADA)。
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压电陶瓷
① 钛酸钡 (BaTiO3) 压电陶瓷。具有比较高的压电系效 (d33 ＝ 107×10 -12C／N)和介电常数，机械强度不及石英。 ② 锆 钛 酸 铅 系 压 电 陶 瓷 (PZT) ． 压 电 系 数 较 高 (d33 ＝ (200500)× -12C／N )，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一二种微量元素，如 La ， Nb， Sb， Sn， Mn， W等，可以获得不同性能的 PZT 材料。 ③ 铌酸盐系压电陶瓷。 这一系中是以铁电体铌酸钾和铌酸铅 为基础的。铌酸铅的介电常数低。在铌酸铅中用钡或锶替 代一部分铅．可引起性能的根本变化，从而得到具有较高 机械品质因素Qm的铌酸盐压电陶瓷。铌酸钾是通过热压过 程制成的，特点是适用于作10-40MHz的高频换能器。 ④ 铌镁酸铅压电陶瓷(PMN)．具有较高的压电系数(d33 ＝800900×10 -12C／ N )，在压力大至700kg／cm2时仍能继续工 作，可作为高温下的力传感器。
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• ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
由压电常数矩阵还可以看出，对能量转换有意义的石英晶 体变形方式有： 厚度变形〔简称为TE方式)，如图 (a)所示。 长度变形(简称LE方式）。如图 (b)所示， 面剪切变形(简称FS方式)。如图 (d)所示。 厚度的切变形(简称TS方式)。如图 (c)所示。 弯曲变形(简称BS方式)。 体积变形(简称VE方式)。
其中第一个角注i表示晶体的极化方向。当产生电荷的表面垂直于x袖(y轴
或z铀)时，记作i＝1(或2或3)。 ② 第二个下角注j＝1或2，3和 4，5，6，分别表示在沿x轴、y轴、z轴方向 作用的单向应力和在垂直于x轴、y轴、z轴的平面内(即yz平面、xz平面、 xy平面)作用的剪切力。 ③ 单向应力的符号规定拉应力为正而压应力为负；剪切力的正号规定为自 旋转轴的正向看去使其I、II象限的对角线伸长。
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产生压电效应的原因：(2)y轴上受力 如果沿 y 轴方向上压缩，如图 7—4(c) 所示，硅离子 3 和氧离子 2 以 及硅离子 5 和氧离子 6 都向内移动同一数值，故在电极 C 和 D 上仍 不呈现电荷，而由于相对把硅离子l和氧离子4向外挤，则在A和B 表面上分别呈现正电荷与负电荷。若受拉力，则在表面A和B上电 荷符号与前者相反。