压电传感器在线练习

压敏传感器的应用典型练习题3注意事项：1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上1．传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、角度等）转换成电学物理量（如电压、电流、电量等）的一种元件。

如图所示中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是（ ）A ．甲图中两极间的电量不变，若电压减小，可判断出h 变小B ．乙图中两极间的电量不变，若电压增大，可判断出θ变小C ．丙图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x 变小D ．丁图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F 变大【答案】D【详解】A ．图甲中两极间的电量不变，若电压减小则由电容的定义式Q C U = 分析可知，电容增大，由电容的决定式4S C kdεπ= 可知，两极板正对面积增大，h 变大，A 错误；B ．图乙中两极间的电量不变，若电压增加，则由电容的定义式QC U =分析可知，电容减小，由电容的决定式4S C kdεπ= 可知，极板正对面积减小，θ变大，B 错误；C ．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电量减小，由电容的定义式Q C U= 分析可知，电容减小，由电容的决定式4S C kdεπ= 可知，电介质向外移动，则x 变大，C 错误；D ．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电量增加，由电容的定义式Q C U= 分析可知，电容增大，由电容的决定式4S C kdεπ= 可知，极板间距离减小，则F 变大，D 正确。

故选D 。

2．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。

感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，电压随压力变化而变化，压力越大电压越大，压力不变，电压一定。

压电薄膜与电容器C 、电阻R 组成图甲所示的回路。

红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中会产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼自动拍照记录。

第7章压电式传感器一、单项选择题1、A2、B3、D4、B5、D6、A7、C8、B9、D 10、B 11、A 12、D 13、A二、多项选择题1、ABCD2、ABCD3、ABCD三、填空题1、压电效应2、逆压电效应3、z轴/光轴4、外电场；压力5、电荷源Q；电容器C；电容6、自发的极化；极化处理7、有源；压电效应8、压电 9、电荷量；几何尺寸 10、晶粒的极化方向；压电特性11、随时间变化缓慢；静态量 12、电荷 13、输出电压；压电系数14、电荷放大器；电压放大器 15、正压电效应；逆压电效应16、电轴；压电效应；机械轴；机械变形 17、机械能；电能；电能；机械能18、压电系数；弹性系数；介电常数；机电耦合系数；居里点；电阻四、简答题1、答：正压电效益就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。

当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。

沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。

沿石英晶体的y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。

2、答：石英晶体的z轴：是纵向轴，称为光轴，沿该方向受力不会产生压电效应。

石英晶体的x轴：称为电轴，压电效应只在该轴的两个表面产生电荷集聚。

沿电轴方向的力作用于晶体时所产生的电荷量的大小与切片的几何尺寸无关。

石英晶体的y轴：是机械轴，沿机械轴方向的力作用于晶体时产生的电荷量大小q，与晶体切片的几何尺寸有关。

3、答：压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。

材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴，它有一定的极化方向，从而存在电场。

在无外电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们各自的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零。

因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。

在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，从而使材料得到极化。

习题6 六、压电式传感器（一） 习 题6-1. 以钛酸钡为例，在y 轴受到1N/m 2的切应力。

试求出在各方向产生的电荷密度。

答：121111213141516322122232425264331323334353656T T d d d d d d T d d d d d d T d d d d d d T T σσσ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦＝1524313233000000000000000010d d d d d ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦其中12121212120000250100002501000781078101901000ij d -----⎡⎤⨯⎢⎥⎡⎤=⨯⎢⎥⎣⎦⎢⎥-⨯-⨯⨯⎣⎦12122111112213314415516615525010125010d T d T d T d T d T d T d T C m σ--∴=+++++==⨯⨯=⨯ 22112222332442552660d T d T d T d T d T d T σ=+++++=33113223333443553660d T d T d T d T d T d T σ=+++++=即在x ，y ，z 轴面上产生的电荷密度分别为250×10-12C/m 2，0，0。

6-2 已知电压前置放大器输入电阻及总电容分别为R i ＝1MΩ，C i ＝100pF ，求与压电加速度计相配测量1Hz 的振动时幅值误差为多大？答：对于电压前置放大器，其实际输入电压与理想输入电压之比的相对幅频特性为()()21ωτωτω+=A i i C R =τ f πω2=当被测信号的频率为f=1Hz 时，有()()()421261262103.6101001011211010010112212---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=ππππωi i i i C fR C fR A所以幅值误差为%94.999994.01103.64-=-=-⨯=-δ由此可见测量误差太大了，原因在于输入阻抗太小。

压电传感器1、对石英晶体，下列说法正确的是（）。

A. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。

B. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。

C. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。

D. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。

A2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（）A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好B3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（）A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍D4、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（）A. 串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半B5、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（）原理。

A.磁阻效应B. 压阻效应C.正压电效应D.逆压电效应D6、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。

A．前者比后者灵敏度高 B．后者比前者灵敏度高C．前者比后者性能稳定性好 D．前者机械强度比后者的好A7、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。

A．晶体厚度成反比B．晶体面积成正比C．作用在晶片上的压力成正比D．剩余极化强调成正比C8、压电式传感器目前多用于测量（）。

A．静态的力或压力B．动态的力或压力C．位移D．温度B9、压电式加速度传感器是适合测量下列哪种信号（）。

A. 适于测量任意B. 适于测量直流C. 适于测量缓变D. 适于测量动态D10、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）。