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第1页/共51页 。第2页/共51页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3页/共51页v 自然界中自然界中3232种晶体点阵，分为中心晶体点阵，分为中心对称对称和和非对称非对称两大类，其中非中心对称的有两大类，其中非中心对称的有2121种，种，2020种具有压电种具有压电效应，压电现象是效应，压电现象是晶体缺乏中心对称晶体缺乏中心对称引起的。引起的。第4页/共51页压电元件机械能电能第5页/共51页第6页/共51页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7页/共51页QdF111xqd122ybqda第8页/共51页123PPP123123,()0PPPPPP第9页/共51页123123,()0PPPPPP第10页/共51页第11页/共51页第12页/共51页 第13页/共51页第14页/共51页33qd第15页/共51页 石英和压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同的缺点，密度大、石英和压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同的缺点，密度大、硬、易碎，不耐冲击，难以加工。硬、易碎，不耐冲击，难以加工。 而新型而新型高分子材料，高分子材料，PVF、 PVF2PVC能很好的克服这一缺陷，可以作成轻小柔软的压电元件。能很好的克服这一缺陷，可以作成轻小柔软的压电元件。灵灵敏度比敏度比PZT（压电陶瓷）大（压电陶瓷）大17倍倍。 压电半导体材料压电半导体材料具有压电特性，又有半导体特性，可研制集成压电传具有压电特性，又有半导体特性，可研制集成压电传感器系统。感器系统。这些材料有：这些材料有：(ZnS) (CdTe) (ZnO) (CdS) (GaAs)第16页/共51页 而这些新型而这些新型材料的分子链中材料的分子链中C CF F键具有极性，有一定的偶极矩，通键具有极性，有一定的偶极矩，通常晶胞内的极矩相互抵消整体不显极性，没有压电效应。必须经过拉伸、常晶胞内的极矩相互抵消整体不显极性，没有压电效应。必须经过拉伸、极化过程，特殊处理才会具有良好的压电效应。极化过程，特殊处理才会具有良好的压电效应。第17页/共51页第18页/共51页,2,2CCUU QQU+_+ + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _2 ,2 ,CC QQ UU+_+_U+ + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + + + + + + + + + + 第19页/共51页QdF压电传感器可视为电荷源压电传感器可视为电荷源 /aUQ CaSCdaQC U/aUQ C 视为视为电荷输出电荷输出时可等效为电荷源时可等效为电荷源Q Q和电容和电容CaCa并联，并联，开路状态输出端电荷为开路状态输出端电荷为 视为视为电压输出电压输出时可等效为电压源时可等效为电压源U U与电容与电容CaCa串联，串联，开路状态输出端电压为开路状态输出端电压为可以看成具有可以看成具有+ +、- - 极性的电容器；极性的电容器；第20页/共51页等效电压源 等效电流源第21页/共51页uUKFqQKFquaKKCquaKK C等效电压源 等效电流源aQUC第22页/共51页第23页/共51页/,/aiaiciiaRR RRRCCCuQ C电阻 电容，而 电路示意图sinmFFt第24页/共51页sinmaadFQutCC()mimacidFUCCC 222( )1()mimacidFRURCCC( )arctan()2aciCCC R ()1aciR CCC 当时（即）1()miacidF jRUjR CCC&第25页/共51页imumaciUdKFCCC222( )()()1()imaciimaciUR CCCURCCC()aciR CCC12( )()1()imimUKU1tan ()2(9070 )()mimacidFUCCC 222( )1()mimacidFRURCCC第26页/共51页12( )( )1()imimUKUquaKKCimumaciUdKFCCC第27页/共51页第28页/共51页qQKF第29页/共51页0cffQUUC 第30页/共51页0fQUC 110()faciK CCCC0(1)iacifQUU KKCCCCCK C 电路0(1)acifKQUCCCK C第31页/共51页0fQUC 0( ),mimimacidFUUKUCCC 第32页/共51页第33页/共51页第34页/共51页第35页/共51页第36页/共51页第37页/共51页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38页/共51页点火器晶体第39页/共51页 石英和压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同的缺点，密度大、硬、石英和压电陶瓷是性能较好的压电材料，但有共同的缺点，密度大、硬、易碎，不耐冲击，难以加工。而易碎，不耐冲击，难以加工。而PVF2材料能很好的克服这一缺陷，可以作成材料能很好的克服这一缺陷，可以作成轻小柔软的压电元件。轻小柔软的压电元件。 PVF2高分子聚偏二氟乙烯高分子聚偏二氟乙烯是一种良好的热塑性工程塑料，是一种良好的热塑性工程塑料，密度小、柔性好，有较高的压密度小、柔性好，有较高的压电效应，比石英十倍，压电陶电效应，比石英十倍，压电陶瓷低十倍。材料轻柔可按需要瓷低十倍。材料轻柔可按需要切割成薄片，可植入人体。切割成薄片，可植入人体。PVF2压电膜压电膜硬币硬币铜柱铜柱投币计数传感器第40页/共51页 压电膜话筒 话筒话筒中，压电膜以一定的支中，压电膜以一定的支撑形式保持膜内一定张力。撑形式保持膜内一定张力。 在外来声压作用下，膜面的在外来声压作用下，膜面的曲率发生变化，使膜内应力改曲率发生变化，使膜内应力改变，产生相应的压电信号。变，产生相应的压电信号。压电膜话筒结构示意图 PVF2压电膜压电膜 絮状絮状材料垫材料垫声压声压第41页/共51页 人体生理量测量 如血压、心音、脉搏等体内和如血压、心音、脉搏等体内和体表检测是体表检测是PVF2最有前景的场合。最有前景的场合。 柔软、无毒、化学性能稳定，柔软、无毒、化学性能稳定，可与血液直接接触。可与血液直接接触。68mm 检测区检测区（接收）（接收） 激振激振（发射）（发射）公共电极公共电极F PVF胎儿心音换能器胎儿心音换能器第42页/共51页 引信由压电元件和起爆装置两部分组成，压电元件安装在弹丸的头部，引信由压电元件和起爆装置两部分组成，压电元件安装在弹丸的头部，起爆装置在弹丸的尾部，通过引线连接。起爆装置在弹丸的尾部，通过引线连接。压电元件RESab炸药压电元件导线起爆装置 破甲弹上的压电引信结构药型罩 压电引信 压电引信是利用压电元件制成的压电引信是利用压电元件制成的弹丸起爆弹丸起爆装置。触发度高、安全可靠、装置。触发度高、安全可靠、不需要安装电源系统，常用于不需要安装电源系统，常用于破甲弹破甲弹上上 。对弹丸的破甲能力起着极重要的。对弹丸的破甲能力起着极重要的作用。作用。 电雷管第43页/共51页 原理：原理： 平时平时E（电雷管电雷管）处于短路保险安全状态，压电元件即使受压，产生的电荷会）处于短路保险安全状态，压电元件即使受压，产生的电荷会通过电阻放掉，不会触发雷管。通过电阻放掉，不会触发雷管。 而弹丸一旦发射起爆装置解除保险状态，开关而弹丸一旦发射起爆装置解除保险状态，开关S从从b处断开与处断开与a 接通接通，处于待发，处于待发状态。状态。 当当弹丸与装甲目标相遇弹丸与装甲目标相遇时，碰撞力使压电元件产生电荷，通过导线将电信号传时，碰撞力使压电元件产生电荷，通过导线将电信号传给电雷管使其引爆，并引起弹丸爆炸，能量使药型罩融化形成高温高速的金属流给电雷管使其引爆，并引起弹丸爆炸，能量使药型罩融化形成高温高速的金属流将钢甲穿透。将钢甲穿透。压电元件RESab炸药压电元件导线起爆装置 破甲弹上的压电引信结构药型罩电雷管第44页/共51页 压电传感器测振动 对于多功能转子实验台底座的振动，可采用加速度传感器和速度传感器两种方式对于多功能转子实验台底座的振动，可采用加速度传感器和速度传感器两种方式进行测量。进行测量。 将带有磁座的加速度和速度传感器放置在试验台的底座上，将传感器的输出接到将带有磁座的加速度和速度传感器放置在试验台的底座上，将传感器的输出接到变送器相应的端口到计算机中。变送器相应的端口到计算机中。 启动转子试验台，可观察并记录到的振动信号波形和频谱。启动转子试验台，可观察并记录到的振动信号波形和频谱。加速度和速度传感器振动测量第45页/共51页测量仪器前置放大传感器 压电传感器使用时，要充分考虑环境温度、湿度的影响，基座的压电传感器使用时，要充分考虑环境温度、湿度的影响，基座的应变、电缆噪声的影响。应变、电缆噪声的影响。 实际应用中，地线的连接也十分重要。接地之间的电位差实际应用中，地线的连接也十分重要。接地之间的电位差U U会会形成回路电流产生噪声，消除接地回路噪声的有效方法是整个系统形成回路电流产生噪声，消除接地回路噪声的有效方法是整个系统在一点接地。在一点接地。第46页/共51页晶体管声、光控开关电路晶体管声、光控开关电路第47页/共51页第48页/共51页第49页/共51页 第50页/共51页感谢您的观看！第51页/共51页
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