传感与测量技术-第4章 传感器原理及应用-压电式传感器.ppt

传感与测量技术 第4章 常用传感器原理及应用 天津职业技术师范大学 汽车与交通学院 传感与测量技术 第2章 测试系统的基本特征 天津职业技术师范大学 汽车与交通学院 第4章 常用传感器原理及应用 1.电阻式传感器 2.电感式传感器 3.电容式传感器 4.压电式传感器 5.磁电式传感器 6.热电式传感器 7.光电式传感器 8.霍尔式传感器 4.４ 压电式传感器 一、压电材料 压电式传感器可以对各种动态力、压力、加速度、机械冲击和振动进行测量。 优点：灵敏度高、动态响应频率宽、信噪比高、结构简单、工作可靠、重量轻等。 应用：声学、力学、医学、导航等方面。 石英晶体具有各向异性特性，即在不同晶向其性能不同。 沿Z轴方向无压电效应，垂至于X轴的表面压电效应最强；沿Y轴方向的机械变形最明显。 主要特性： （1）机电转换性能—应具有较大的压电系数； （2）机械性能—强度高、刚度大（线性范围宽、固有频率高）； （3）电性能—电阻率高和介电常数大（减小电荷泄漏并获得良好的低频特性）； （4）温度和湿度的稳定性要好。具有较高的居里点，以得到宽的工作温度范围； （5）时间稳定性—电压特性应不随时间而蜕变。 主要特性参数： 压电常数?、弹性常数、介电常数、机电耦合系数?、电阻、居里点 二、测量电路 因此，压电元件可以等效为一个与电容Ca串联的电压源，也可等效为一个与Ca并联的电荷源： 在构成压电式传感器时，总要利用电缆将压电元件接入测量电路。这样，就引入了连接电缆的分布电容Cc，后续测量电路（测量放大器等）的输入电阻Ri和输入电容Ci等形成的负载阻抗影响；加之压电元件并非理想器件，它内部存在泄漏电阻Ra，则由压电元件构成传感器的实际等效电路： 又称阻抗变换器，其主要作用：是把压电器件的高输出阻抗变换为低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。 传感器的开路电压 前置放大器的输入电压： （可视为开路） * * 传感与测量技术 第4章 常用传感器原理及应用 天津职业技术师范大学 汽车与交通学院