第5章压电式传感器课件

第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器主要内容主要内容 1.1.1.1.压电效应压电效应压电效应压电效应 2.2.2.2.压电材料压电材料压电材料压电材料 3.3.3.3.压电元件结构压电元件结构压电元件结构压电元件结构 4.4.4.4.等效电路与测量电路等效电路与测量电路等效电路与测量电路等效电路与测量电路 5.5.5.5.压电传感器的应用压电传感器的应用压电传感器的应用压电传感器的应用 第5章压电式传感器主要内容1第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器概述概述 压压电电式式传传感感器器是是一一种种典典型型的的发发电电型型传传感感器器，以以电电介介质质的的压压电电效效应应为为基基础础，外外力力作作用用下下在在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。压压电电式式传传感感器器可可以以对对各各种种动动态态力力、机机械械冲冲击击和和振振动动进进行行测测量量，在在声声学学、医医学学、力力学学、导航方面都得到广泛的应用导航方面都得到广泛的应用。第5章压电式传感器概述压电式传感器是一种典型的发电型2第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器概述概述 压电陶瓷位移器压电陶瓷位移器压电陶瓷超声换能器压电秤重浮游计压电秤重浮游计压电加速度计 压电警号压电警号第5章压电式传感器概述压电陶瓷位移器压电陶瓷超声换能器压3第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.15.1压电效应压电效应压电效应压电效应 某些电介质（晶体）某些电介质（晶体）某些电介质（晶体）某些电介质（晶体）当沿着一定方向施加力变形时，当沿着一定方向施加力变形时，当沿着一定方向施加力变形时，当沿着一定方向施加力变形时，内部产生极化现象，同时在它表内部产生极化现象，同时在它表内部产生极化现象，同时在它表内部产生极化现象，同时在它表面会产生符号相反的电荷；面会产生符号相反的电荷；面会产生符号相反的电荷；面会产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不当外力去掉后，又重新恢复不当外力去掉后，又重新恢复不当外力去掉后，又重新恢复不带电状态；带电状态；带电状态；带电状态；当作用力方向改变后，电荷的当作用力方向改变后，电荷的当作用力方向改变后，电荷的当作用力方向改变后，电荷的极性也随之改变；极性也随之改变；极性也随之改变；极性也随之改变；v 这种现象称这种现象称这种现象称这种现象称压电效应压电效应压电效应压电效应。第5章压电式传感器5.1压电效应某些电介质（晶体4第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.1 5.1 5.1 5.1 压电压电效效效效应应 vv 压电效应是可逆的压电效应是可逆的压电效应是可逆的压电效应是可逆的 在在在在介介介介质质质质极极极极化化化化的的的的方方方方向向向向施施施施加加加加电电电电场场场场时时时时，电电电电介介介介质质质质会会会会产产产产生生生生形形形形变变变变，将电能转化成机械能，这种现象称将电能转化成机械能，这种现象称将电能转化成机械能，这种现象称将电能转化成机械能，这种现象称“逆压电效应逆压电效应逆压电效应逆压电效应”。所以压电元件可以将机械能所以压电元件可以将机械能所以压电元件可以将机械能所以压电元件可以将机械能转化成电能转化成电能转化成电能转化成电能 也可以将电能也可以将电能也可以将电能也可以将电能转化成机械能。转化成机械能。转化成机械能。转化成机械能。压电元件压电元件机械能电能第5章压电式传感器5.1压电效应压电效应是可逆的5石英晶体无体积变形第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.1 5.1 5.1 5.1 压电压电效效效效应应 石英晶体无体积变形第5章压电式传感器5.1压电效应6压电材料包括：石英晶体、压电陶瓷、高分子材料压电材料包括：石英晶体、压电陶瓷、高分子材料 及压电半导体。及压电半导体。石英晶体石英晶体：SiO2,铌酸锂(LiNbO2)，主要是单晶，压电系数较低。压电陶瓷压电陶瓷：PZT，PWN，人工制造的多晶。压电系数 较高,为石英晶体的几十到几百倍。高分子材料：高分子材料：PVF、PVDF、PVC，柔软，不易碎，可防水;可制成薄膜及套管状。压电系数较压电陶瓷高几十倍。压电半导体压电半导体:ZnS GaAs,易于集成一体化第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料压电材料包括：石英晶体、压电陶瓷、高分子材料第5章压电式传7第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体 压 电 晶 片按特定方向切片按特定方向切片人工合成水晶人工合成水晶第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.1石英晶体8第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体 自然界许多晶体具有压电效应，但十分微弱，研究发自然界许多晶体具有压电效应，但十分微弱，研究发自然界许多晶体具有压电效应，但十分微弱，研究发自然界许多晶体具有压电效应，但十分微弱，研究发 现石英晶体和现石英晶体和现石英晶体和现石英晶体和铌酸锂铌酸锂是优能的压电材料。是优能的压电材料。是优能的压电材料。是优能的压电材料。外形结构外形结构外形结构外形结构LhbL第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.1石英晶体9第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体 压电元件受力后压电元件受力后压电元件受力后压电元件受力后,表面电荷与外力成正比关系表面电荷与外力成正比关系表面电荷与外力成正比关系表面电荷与外力成正比关系:d d d d为压电系数为压电系数为压电系数为压电系数 在在在在X X X X轴方向施力时轴方向施力时轴方向施力时轴方向施力时,产生电荷大小为产生电荷大小为产生电荷大小为产生电荷大小为:在在在在Y Y Y Y轴方向施力时轴方向施力时轴方向施力时轴方向施力时,产生电荷大小为产生电荷大小为产生电荷大小为产生电荷大小为:压电系数压电系数压电系数压电系数 d d d d11111111=d=d=d=d12121212 为常数为常数为常数为常数 l l l l、b b b b、h h h h是晶体切片几何尺寸是晶体切片几何尺寸是晶体切片几何尺寸是晶体切片几何尺寸(长长长长 、宽、厚、宽、厚、宽、厚、宽、厚)第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.1石英晶体10第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体 石英晶体压电模型石英晶体压电模型石英晶体压电模型石英晶体压电模型第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.1石英晶体11第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体 石英晶体的上述特征与内部分子结构有关：石英晶体的上述特征与内部分子结构有关：石英晶体的上述特征与内部分子结构有关：石英晶体的上述特征与内部分子结构有关：当晶体不受力时当晶体不受力时当晶体不受力时当晶体不受力时F=0F=0F=0F=0，正负离子分布在六边形顶角，电偶，正负离子分布在六边形顶角，电偶，正负离子分布在六边形顶角，电偶，正负离子分布在六边形顶角，电偶 极矩，极矩，极矩，极矩，晶体呈晶体呈晶体呈晶体呈中性中性中性中性；当晶体受沿当晶体受沿当晶体受沿当晶体受沿X X X X轴方向的应力时，轴方向的应力时，轴方向的应力时，轴方向的应力时，X X X X方向压缩形变，电偶极矩方向压缩形变，电偶极矩方向压缩形变，电偶极矩方向压缩形变，电偶极矩 在在在在X X X X轴的正方向出现轴的正方向出现轴的正方向出现轴的正方向出现正电荷正电荷正电荷正电荷；当晶体受沿当晶体受沿当晶体受沿当晶体受沿Y Y Y Y轴方向的应力时，轴方向的应力时，轴方向的应力时，轴方向的应力时，Y Y Y Y方向压缩形变，电偶极矩方向压缩形变，电偶极矩方向压缩形变，电偶极矩方向压缩形变，电偶极矩 在在在在X X X X轴的正方向出现轴的正方向出现轴的正方向出现轴的正方向出现负电荷负电荷负电荷负电荷；第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.1石英晶体12第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体 w纵向压电效应：纵向压电效应：在在X X轴方向上施加力轴方向上施加力F F，在，在YZYZ面上会产生电荷面上会产生电荷。w横向压电效应横向压电效应：在在Y Y轴方向施加力轴方向施加力F F，YZYZ面产生电荷，方向相反。面产生电荷，方向相反。w在在Z Z轴方向施加力无电荷产生轴方向施加力无电荷产生。晶片上电荷极性与受力方向关系晶片上电荷极性与受力方向关系第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.1石英晶体13压电材料性能指标压电材料性能指标压电系数压电系数d：反映电荷与作用力的关系。反映电荷与作用力的关系。(大大)介电系数介电系数：对一个特定几何形状的压电元件，对一个特定几何形状的压电元件，决定了传感器固决定了传感器固有电容及固有频率。有电容及固有频率。居居里里点点：即最大安全温度。即最大安全温度。在此温度及以上，压电性能被破坏在此温度及以上，压电性能被破坏.(高高)最大安全应力最大安全应力:刚度或机械强度。在最大安全应力内刚度或机械强度。在最大安全应力内,性能稳定。性能稳定。(大大)电阻（率）电阻（率）：电阻大电阻大,电荷泄漏小，低频特性好。电荷泄漏小，低频特性好。(大大)安安全全湿湿度度：压电材料易潮湿的程度。压电材料易潮湿的程度。(高高)第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体 压电材料性能指标第5章压电式传感器5.2压电材料5.214第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压压压压电电电电陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷是是是是人人人人工工工工制制制制造造造造的的的的多多多多晶晶晶晶体体体体压压压压电电电电材材材材料料料料，材材材材料料料料的的的的内内内内部部部部晶晶晶晶粒粒粒粒有有有有许许许许多多多多自自自自发发发发极极极极化化化化的的的的电电电电畴畴畴畴，有有有有一一一一定定定定的的的的极极极极化方向。化方向。化方向。化方向。无无无无电电电电场场场场作作作作用用用用时时时时，电电电电畴畴畴畴在在在在晶晶晶晶体体体体中中中中分分分分布布布布杂杂杂杂乱乱乱乱分分分分布布布布，极极极极化相互抵消，呈中性。化相互抵消，呈中性。化相互抵消，呈中性。化相互抵消，呈中性。第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.2压电陶瓷（15第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）施施加加外外电电场场时时，电电畴畴的的极极化化方方向向发发生生转转动动，趋趋向向外外电电场场 方方向向排排列列。外外电电场场强强度度达达到到饱饱和和程程度度时，所有的电畴与外电场一致。时，所有的电畴与外电场一致。外外电电场场去去掉掉后后，电电畴畴极极化化方方向向基基本本不不变变，剩剩余余极极化化强强度度很很大大。所所以以，压压电电陶陶瓷瓷极极化化后后才才具具有有压压电电特性，未极化时是非压电体。特性，未极化时是非压电体。第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.2压电陶瓷（16第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.2压电陶瓷（17第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.2 5.2 5.2 5.2 压电压电材料材料材料材料5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）压电陶瓷（多晶体）晶晶晶晶体体体体极极极极化化化化后后后后，沿沿沿沿极极极极化化化化方方方方向向向向（垂垂垂垂直直直直极极极极化化化化平平平平面面面面）作作作作用用用用力力力力时时时时，引引引引起起起起剩剩剩剩余余余余极极极极化化化化强强强强度度度度变变变变化化化化，在在在在极极极极化化化化面面面面上上上上产产产产生电荷，电荷量的大小与外力成正比关系生电荷，电荷量的大小与外力成正比关系生电荷，电荷量的大小与外力成正比关系生电荷，电荷量的大小与外力成正比关系 q=d33Fq=-d32FAx/Ay=-d31FAx/Ay极化方向为极化方向为Z轴轴(下标下标3)，X、Y轴互易轴互易(下标下标1或或2)，平面上各向同性。平面上各向同性。第5章压电式传感器5.2压电材料5.2.2压电陶瓷（18第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.3 5.3 5.3 5.3 压电压电元件元件元件元件结结构形式构形式构形式构形式 在在在在实实实实际际际际应应应应用用用用中中中中为为为为提提提提高高高高灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度使使使使表表表表面面面面有有有有足足足足够够够够的的的的电电电电荷荷荷荷，常常常常常常常常把把把把两两两两片片片片、四四四四片片片片压压压压电电电电元元元元件件件件组组组组成成成成在在在在一一一一起起起起使使使使用用用用。由由由由于于于于压压压压电材料有极性，因此存在连接方法，双片连接时：电材料有极性，因此存在连接方法，双片连接时：电材料有极性，因此存在连接方法，双片连接时：电材料有极性，因此存在连接方法，双片连接时：+_U+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _电路串联电路串联电路串联电路串联+_U电路并联电路并联电路并联电路并联+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+第5章压电式传感器5.3压电元件结构形式在实际应用19第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.1 5.4.1 5.4.1 5.4.1 压电传感器等效电路压电传感器等效电路压电传感器等效电路压电传感器等效电路 压压压压电电电电元元元元件件件件电电电电荷荷荷荷Q Q Q Q的的的的开开开开路路路路电电电电压压压压U U U U可可可可等等等等效效效效为为为为电电电电源源源源与与与与电电电电容串联或等效为一个电荷源容串联或等效为一个电荷源容串联或等效为一个电荷源容串联或等效为一个电荷源Q Q Q Q和电容和电容和电容和电容CaCaCaCa并联。并联。并联。并联。等效电容等效电容等效电容等效电容 第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.120第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.1 5.4.1 5.4.1 5.4.1 压电传感器等效电路压电传感器等效电路压电传感器等效电路压电传感器等效电路 v电压灵敏度电压灵敏度电压灵敏度电压灵敏度 v电荷灵敏度电荷灵敏度电荷灵敏度电荷灵敏度 它们之间的关系它们之间的关系它们之间的关系它们之间的关系 等效电压源 等效电荷源第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.121第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.1 5.4.1 5.4.1 5.4.1 压电传感器等效电路压电传感器等效电路压电传感器等效电路压电传感器等效电路 前置电路有两个作用，前置电路有两个作用，前置电路有两个作用，前置电路有两个作用，一是一是一是一是放大放大放大放大微弱的信号，二是微弱的信号，二是微弱的信号，二是微弱的信号，二是阻抗变换；阻抗变换；阻抗变换；阻抗变换；根据等效电路根据等效电路根据等效电路根据等效电路 压电元件输出可以是电压源，也可以是电荷源。压电元件输出可以是电压源，也可以是电荷源。压电元件输出可以是电压源，也可以是电荷源。压电元件输出可以是电压源，也可以是电荷源。因此，前置放大器也有两种形式：因此，前置放大器也有两种形式：因此，前置放大器也有两种形式：因此，前置放大器也有两种形式：电压放大器电压放大器电压放大器电压放大器电荷放大器电荷放大器电荷放大器电荷放大器第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.122第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路 （1 1 1 1）电压放大）电压放大）电压放大）电压放大器器器器 电压放大器等效电压放大器等效电路示意图第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.223第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路 （1 1 1 1）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）如果压电元件沿电轴为正弦作用力变化，如果压电元件沿电轴为正弦作用力变化，如果压电元件沿电轴为正弦作用力变化，如果压电元件沿电轴为正弦作用力变化，产生的电荷与电压也按正弦变化产生的电荷与电压也按正弦变化产生的电荷与电压也按正弦变化产生的电荷与电压也按正弦变化:理想情况理想情况理想情况理想情况输入的幅值输入的幅值输入的幅值输入的幅值第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.224第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路（1 1 1 1）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）v 传感器电压灵敏度传感器电压灵敏度传感器电压灵敏度传感器电压灵敏度前置放大器实际输入电压与理想输入电压的比值为：前置放大器实际输入电压与理想输入电压的比值为：前置放大器实际输入电压与理想输入电压的比值为：前置放大器实际输入电压与理想输入电压的比值为：第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.225第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路（1 1 1 1）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）令前置放大器输入回路的时间常数为：令前置放大器输入回路的时间常数为：令前置放大器输入回路的时间常数为：令前置放大器输入回路的时间常数为：相对幅频特性相对幅频特性相对幅频特性相对幅频特性第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.226第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路（1 1 1 1）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）电压放大器（阻抗变换器）讨论：讨论：讨论：讨论：不能测量静态物理量；不能测量静态物理量；不能测量静态物理量；不能测量静态物理量；当当当当3333时，输入与信号频率无关，高频响应特性好；时，输入与信号频率无关，高频响应特性好；时，输入与信号频率无关，高频响应特性好；时，输入与信号频率无关，高频响应特性好；提高低频响应的办法是增大提高低频响应的办法是增大提高低频响应的办法是增大提高低频响应的办法是增大，但不能增大电容。，但不能增大电容。，但不能增大电容。，但不能增大电容。实际办法实际办法实际办法实际办法:增大前置输入回路电阻，即要求前置电路具有高输入阻抗；增大前置输入回路电阻，即要求前置电路具有高输入阻抗；增大前置输入回路电阻，即要求前置电路具有高输入阻抗；增大前置输入回路电阻，即要求前置电路具有高输入阻抗；从传感器电压灵敏度从传感器电压灵敏度从传感器电压灵敏度从传感器电压灵敏度KuKuKuKu可见，连接电缆的分布电容可见，连接电缆的分布电容可见，连接电缆的分布电容可见，连接电缆的分布电容CcCcCcCc影响传影响传影响传影响传 感器灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对感器灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对感器灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对感器灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对 电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.227第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路（2 2 2 2）电荷放大器）电荷放大器）电荷放大器）电荷放大器 为为为为解解解解决决决决电电电电缆缆缆缆分分分分布布布布电电电电容容容容对对对对传传传传感感感感器器器器灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度的的的的影影影影响响响响和和和和低低低低频频频频响响响响应应应应差差差差的的的的缺缺缺缺点点点点可可可可采采采采用用用用电电电电荷荷荷荷放放放放大大大大，而而而而且且且且集集集集成成成成运运运运放放放放组组组组成成成成的的的的电电电电荷荷荷荷放放放放大器有较好的性能。大器有较好的性能。大器有较好的性能。大器有较好的性能。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。利用电容作反馈元件的深度负反馈的高增益运放。大器。利用电容作反馈元件的深度负反馈的高增益运放。大器。利用电容作反馈元件的深度负反馈的高增益运放。大器。利用电容作反馈元件的深度负反馈的高增益运放。第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.228第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路 （2 2 2 2）电荷放大器）电荷放大器）电荷放大器）电荷放大器工作频率足够高时可求得电荷放大器输出电压工作频率足够高时可求得电荷放大器输出电压工作频率足够高时可求得电荷放大器输出电压工作频率足够高时可求得电荷放大器输出电压可认为可认为可认为可认为当当当当A A1 1满足满足满足满足第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.229第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5.4 5.4 5.4 5.4 等效等效等效等效电电路与路与路与路与测测量量量量电电路路路路 5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 测量电路测量电路测量电路测量电路（2 2 2 2）电荷放大器）电荷放大器）电荷放大器）电荷放大器可见：可见：可见：可见：l 电电电电荷荷荷荷放放放放大大大大器器器器中中中中，输输输输出出出出电电电电压压压压与与与与电电电电缆缆缆缆电电电电容容容容CcCcCcCc无无无无关关关关，与与与与Q Q Q Q成成成成正正正正比比比比，与与与与C C C Cf f f f成成成成反反反反比比比比，这这这这是是是是电电电电荷荷荷荷放放放放大大大大器器器器的的的的突突突突出出出出优点。优点。优点。优点。l 缺缺缺缺点点点点是是是是电电电电路路路路复复复复杂杂杂杂，价价价价格格格格昂昂昂昂贵贵贵贵，使使使使用用用用电电电电荷荷荷荷放放放放大大大大器器器器，电电电电缆缆缆缆长长长长度度度度变变变变化化化化影影影影响响响响可可可可忽忽忽忽略略略略，并并并并且且且且允允允允许许许许使使使使用用用用长长长长电电电电缆缆缆缆工作。工作。工作。工作。第5章压电式传感器5.4等效电路与测量电路5.4.230第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5 5 5 55 5 5 5 压电传压电传感器的感器的感器的感器的应应用用用用 1.压电式玻璃破碎报警器；压电式玻璃破碎报警器；压电式玻璃破碎报警器；压电式玻璃破碎报警器；2 2 2 2压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器;3 3 3 3压电加速度计传感器；压电加速度计传感器；压电加速度计传感器；压电加速度计传感器；4 4 4 4压电换能器，超声波换能器；压电换能器，超声波换能器；压电换能器，超声波换能器；压电换能器，超声波换能器；5 5 5 5点火器点火器点火器点火器第5章压电式传感器55压电传感器的应用1.压电31第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5 5 5 55 5 5 5 压电传压电传感器的感器的感器的感器的应应用用用用 压电式玻璃破碎报警器压电式玻璃破碎报警器压电式玻璃破碎报警器压电式玻璃破碎报警器第5章压电式传感器55压电传感器的应用压电式玻璃破碎32第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5 5 5 55 5 5 5 压电传压电传感器的感器的感器的感器的应应用用用用 压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器第5章压电式传感器55压电传感器的应用压电式压力传感33第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5 5 5 55 5 5 5 压电传压电传感器的感器的感器的感器的应应用用用用 压电式加速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器第5章压电式传感器55压电传感器的应用压电式加速度传34第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5 5 5 55 5 5 5 压电传压电传感器的感器的感器的感器的应应用用用用 超声波传感器超声波传感器振动式液位开关振动式液位开关压电加速度计 压电元件产品压电元件产品第5章压电式传感器55压电传感器的应用超声波传感器振35第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器5 5 5 55 5 5 5 压电传压电传感器的感器的感器的感器的应应用用用用 点火器第5章压电式传感器55压电传感器的应用点火器36第第5 5章章 压电式传感器压电式传感器本章小结：本章小结：压电效应压电效应压电效应压电效应:纵向压电效应纵向压电效应纵向压电效应纵向压电效应,横向压电效应横向压电效应横向压电效应横向压电效应 逆压电效应逆压电效应逆压电效应逆压电效应;压电材料压电材料压电材料压电材料:石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体,压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷 压电元件结构形式压电元件结构形式压电元件结构形式压电元件结构形式:串联串联串联串联,并联并联并联并联 压电传感器等效电路与测量电路压电传感器等效电路与测量电路压电传感器等效电路与测量电路压电传感器等效电路与测量电路 （1 1 1 1）电压放大器电压放大器电压放大器电压放大器 （2 2 2 2）电荷放大器电荷放大器电荷放大器电荷放大器 压电传感器的应用压电传感器的应用压电传感器的应用压电传感器的应用第5章压电式传感器本章小结：压电效应:纵向压电效应37填空：1.当石英晶体受压时，电荷产生在（）A、与光轴垂直的Z面上 B、与电轴垂直的X面上 C、与机械轴垂直的Y面上 D、所有的面上2.压电式传感器适合测量()的压力 A、缓慢变化 B、快速变化 C、稳定不变计算：一个矩形石英晶体压电片，与其电轴、机械轴和光轴分别垂直的三个面的面积之比为20：1：2。当沿这三个轴方向同时相等大小和方向的外力F时，其相应的三个面上出现的电荷应该是多少？填空：38精品课件精品课件！精品课件！39精品课件精品课件！精品课件！40 某压力传感器的校准数据如下,试计算该传感器的(1)线性度(2)变差某压力传感器的校准数据如下,试计算该传感器的(1)线41