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壓電傳感器的工作原理

點擊次數(shù):4029 更新時間:2016-02-25

壓電傳感器的工作原理

     壓電傳感器是一種自發(fā)電式傳感器。它以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ),在外力作用下,在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷,從而實現(xiàn)非電量電測的目的。

壓電傳感元件是力敏感元件,它可以測量zui終能變換為力的那些非電物理量,例如動態(tài)力、動態(tài)壓力、振動加速度等,但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測量。

壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、頻響高、信噪比大等特點。由于它沒有運動部件,因此結(jié)構(gòu)堅固、可靠性、穩(wěn)定性高。

壓電效應(yīng)

天然結(jié)構(gòu)的石英晶體呈六角形晶柱,用金剛石刀具切割出一片正方形薄片。當(dāng)晶體薄片受到壓力時,晶格產(chǎn)生變形,表面產(chǎn)生正電荷,電荷Q與所施加的力F成正比,這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。還有一些人造的材料也具有壓電效應(yīng)。若在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電壓,它就會產(chǎn)生機械變形。當(dāng)去掉外加電場時,電介質(zhì)的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱為逆壓電現(xiàn)象(電致伸縮效應(yīng))。

壓電材料的分類及特性

壓電傳感器中的壓電元件材料一般有三類:一類是壓電晶體(如上述的石英晶體);另一類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷;第三類是高分子壓電材料。

壓電陶瓷

壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料,它比石英晶體的壓電靈敏度高得多,而制造成本卻較低,因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷。常用的壓電陶瓷材料有鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷(PZT)及非鉛系壓電陶瓷(如BaTiO3)。

高分子壓電材料

典型的高分子壓電材料有聚偏二氟乙烯(PVF2或PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、改性聚氯乙烯(PVC)等。它是一種柔軟的壓電材料,可根據(jù)需要制成薄膜或電纜套管等形狀。它不易破碎具有防水性,可以大量連續(xù)拉制,制成較大面積或較長的尺度,價格便宜,頻率響應(yīng)范圍較寬,測量動態(tài)范圍可達80dB。

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