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压电式传感器原理先容
 
更新时间:2015.01.15 浏览次数:
 

  压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。当材料受力作用而发生形变时,其表面会产生电荷,从而可以进行测量,是典型的有源传感器,而对于接近开关传感器与压电式传感器是完全两个不同的技术应用。一八八零年发现石英晶体的压电效应后,一九四八年才制作 出第一个石英传感器。发现石英晶体的压电效应后,又发现了一系列的单晶、多晶陶瓷材料有近年来发展起来的有机高分子聚合材料,都具有相当强的压电效应。压电式传感器具有体积小、质量小、工作频带宽、灵敏度高、机械阻抗大、信噪比高、工作可靠和测量范围广等特点,因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及生物医学、电声学、宇航等许多技术领域都得到了非常广泛的应用。

  压电效应:某些离子型晶体的电介质,当作用力作用其上产生形变时,会引起电介质内部正负电荷中心相对位移产生极化现象,从而导致其两个相对表面出现符号相反的电荷,外力去掉后,又恢复到不带电状。当作用力反向时,电荷的极性也发生改变,而且产生的电荷量与外力的大小成比例,上述现象称为压电效应。以上将机械能转换成电能的压电效应又称正压电效应。如正压电材料极化方向上对电介质施加一电场,它会产生机械形变;当外电场去掉后,电介质机械形变消失,这一电能转换成机械能的压电效应称为逆压电效应。

  压电式传感器大都是利用压电材料的正压电效应制成的,逆压电效应通常用应在电声和超声工程中。

  压电转换元件的受力变形状态有很多种,如厚度受力、长度受力、体积受力、厚度切变形、长变形。工程应用中要要根据需要选择不同类型的受力变形压电传感器。

  石英晶体的压电效应有“横向压电效应”和“纵向压电效应”。石英晶体由于内部结构对称,所以具有规则的几何开关。它有三个晶轴,其中有一光轴,光轴受力不会产生压电效应。对应其他两轴受力都会产生第一方向的压电效应,对应定义为桡骨向和纵向压电效应。

  压电陶瓷的压电效应是利用电罪行界限变化。通常人工制造的压电陶瓷是多晶材料,通过人工极化处理,即在一定温度条件下对压电陶瓷施加一2-3h强电场,从而具有特定方向,这个方向也为极化方向。压电陶瓷受外力作用时,电罪行界线发生变化,从而极化强度发生变化,这就是压电陶瓷的压电效应。

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