压电传感器 教案

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。

A

2、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

B

3、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

D

4、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

B

5、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

D

6、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

A

7、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

压电传感器

压电传感器是一种典型的自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，实现力与电荷的转换，从而完成非电量如动态力、加速度等的检测，但不能用于静态参数的测量。

压电传感器具有结构简单、质量轻、灵敏度高、信噪比高、频响高、工作可靠、测量范围广等优点。近年来，随着电子技术的飞速发展，测量转换电路与压电元件已被固定在同一壳体内，使压电传感器使用更为方便。

某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电的状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变，这种现象称为压电效应。

在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械振动。当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。音乐贺卡中的压电片就是利用逆压电效应而发声的。

自然界中与压电效应有关的现象很多。例如在完全黑暗的环境中，将一块干燥的冰糖用榔头敲碎，可以看到冰糖在破碎的一瞬间，发出暗淡的蓝色闪光，这是强电场放电所产生的闪光，产生闪光的机理是晶体的压电效应。在敦煌的鸣沙丘，当许多游客在沙丘上蹦跳或从鸣沙丘上往下滑时，可以听到雷鸣般的隆隆声，产生这个现象的原因是无数干燥的沙子（SiO2晶体）受重压引起振动，表面产生电荷，在某些时刻，恰好形成电压串联，产生很高的电压，并通过空气放电而发出声音。在电子打火机中，多片串联的压电材料受到敲击，产生很高的电压，通过尖端放电而点燃火焰。

1．压电材料

压电式传感器中的压电元件材料主要有压电晶体（单晶体）、经过极化处理的压电陶瓷（多晶体）和高分子压电材料。选用合适的压电材料是设计高性能传感器的关键，一般应考虑以下几个方面：

① 转换性能。具有较高的耦合系数或较大的压电系数。压电系数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。

② 机械性能。作为受力元件，压电元件应具有较高的机械强度和较大的机械刚度。

课 程 设 计 说 明 书

题目： 压电式加速度传感器的设计

学院（系）： 电气工程学院

课程设计（论文）任务书

院（系）： 电气工程学院 基层教学单位： 自动化仪表系

学 号 学生姓名 专业（班级）

设计题目 压电式加速度传感器的设计

设

计

技

术

参

数 1测量范围

2输出电压0-10V

3线性度

4灵敏度

5精度

设

计

要

求 1学习电路仿真软件Circuit Design Suite10.0;

2设计与仿真调试各种传感器转换电路；

3设计电荷放大器电路；

4电荷放大器电路焊接调试；

5撰写报告、完成答辩。

工

作

量 第17-19周（完成资料查阅、方案设计、电路仿真、硬件调试、测试及误差分析等内容）

工

作

计

划 设计时间共10天。

第1-2天 资料查阅(图书馆及网络)；理论工作原理学习。

第3-4天 设计方案制定。

第5-6天 电路仿真，各器件选型。

第7-8 传感器转换电路调试。

第9-10天 撰写报告，完成答辩。

参

考

资

料 张玉龙等.传感器电路设计手册.中国计量出版社.1989年

李科杰等.新编传感器技术手册.国防工业出版社.2002年

吴桂秀.传感器应用制作入门.浙江科学技术出版社.2004年

杨宝清，孙宝元. 传感器及其应用手册. 2004年

单成祥. 传感器的理论与设计基础及其应用. 国防工业出版社. 1999年

殷淑英. 传感器应用技术.冶金工业出版社.2008年

指导教师签字 基层教学单位主任签字

说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

目录示例

目 录

压电传感器的应用

摘要： 传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。 传感器的种类非常广泛，其中压电传感器是基于材料的压电效应而制成的器件，其有较长的发展历史。压电材料的种类由最初的压电晶体发展到压电陶瓷、进而发展到压电聚合物及其复合材料。随着物理学、材料科学与各个学科的交叉发展，压电材料被用以研制成了多种用途的传感器，被广泛应用于工程技术各领域，在测量技术中被用来测量力和加速度。

Abstract: Sensor is the main ways and means to obtain information in

the field of natural and production . In modern industrial production,

especially automated production process, useing a variety of sensors to

monitor and control the production process of various parameters,which

enable the device to work in a normal state or the best condition, and to

achieve the best quality products. Types of sensors is very broad, of

which the piezoelectric sensor is based on the piezoelectric effect

devices made of material which has a long history of development. Types