压电式传感器及应用PPT学习教案.pptx

《压电式传感器及其应用》 压电式传感器是一种基于压电效应的测量装置，广泛应用于各类物理量的检测，如力、压力、振动等。压电效应是某些电介质在受到机械应力作用时，其内部会产生电荷的现象。这个过程不仅限于压力的施加，逆压电效应则是当电介质在电场作用下发生形状变化的情况。这种效应的可逆性使得压电材料成为理想的传感器材料。 压电材料是压电传感器的核心，常见的压电材料包括石英晶体、压电陶瓷以及高分子压电材料。石英晶体，以其独特的六角晶系结构，具备良好的压电性能。当沿电轴或机械轴方向施加压力时，石英晶体内部的正负电荷中心会发生分离，从而产生电荷，而在光轴方向受力则不会产生压电效应。这表明压电效应的产生与晶体的定向有关。 压电材料的主要特性参数包括压电常数、弹性常数、介电常数、机械耦合系数、绝缘电阻以及居里点。这些参数决定了材料的敏感度、稳定性以及工作温度范围。例如，压电常数表示单位压力下产生的电荷量，弹性常数反映了材料抵抗形变的能力，介电常数影响电荷存储能力，而机械耦合系数则描述了不同物理量转换效率。 除了石英晶体，压电陶瓷如钛酸钡和锆钛酸铅也是常见的压电材料，它们在经过极化处理后，具有较高的压电效应。高分子压电材料，如压电薄膜，因其轻便和柔韧性，常用于制作传感器的柔性部分，如高分子压电踏脚板，适用于动态信号的检测和波形分析。 压电式传感器的测量电路通常包括放大器和滤波器，用于放大微弱的电信号并去除噪声。这些传感器在汽车、航空航天、生物医学、工业自动化等领域有着广泛应用，例如，用于检测发动机振动、人体生理信号监测、压力测量和精密定位系统等。 压电式传感器利用压电效应将机械能转化为电能，其工作原理、材料特性和应用广泛性使其在现代科技中扮演着不可或缺的角色。理解并掌握压电效应和相关材料的性质，对于设计和使用压电式传感器至关重要。