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压电传感器的工作原理

点击次数:1955 发布时间:2016-02-25

压电传感器的工作原理

     压电传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,在电介质表面产生电荷,从而实现非电量电测的目的。

压电传感元件是力敏感元件,它可以测量zui终能变换为力的那些非电物理量,例如动态力、动态压力、振动加速度等,但不能用于静态参数的测量。

压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件,因此结构坚固、可靠性、稳定性高。

压电效应

天然结构的石英晶体呈六角形晶柱,用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时,晶格产生变形,表面产生正电荷,电荷Q与所施加的力F成正比,这种现象称为压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。若在电介质的极化方向上施加交变电压,它就会产生机械变形。当去掉外加电场时,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电现象(电致伸缩效应)。

压电材料的分类及特性

压电传感器中的压电元件材料一般有三类:一类是压电晶体(如上述的石英晶体);另一类是经过极化处理的压电陶瓷;第三类是高分子压电材料。

压电陶瓷

压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料,它比石英晶体的压电灵敏度高得多,而制造成本却较低,因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷(PZT)及非铅系压电陶瓷(如BaTiO3)。

高分子压电材料

典型的高分子压电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。它是一种柔软的压电材料,可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易破碎具有防水性,可以大量连续拉制,制成较大面积或较长的尺度,价格便宜,频率响应范围较宽,测量动态范围可达80dB。

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