压电传感器的动态响应实验

传感器技术、通讯系统技术和计算机技术是现代电子信息技术的三大支柱，其中传感器技术是信息获取的前端，随着传感器技术应用领域的不断扩大和深入，社会对掌握该项技术的人才需求正在不断增加，同时要求其知识结构和实践能力也不断提高。

在传感器课程的教学效果在很大程度上取决于实验课的质量，为了使传感器实验教学达到较好的效果, 以便学生对电子测试系统的整体结构和工作流程有清楚的了解。

目前的传感器实验室建设，包含有传感器实验箱，或传感器实验仪，或传感器实验装置，或传感器检测装置等相关实验设备。

传感器系统实验室主要由传感器系统实验仪、或传感器系统实验箱，或传感器检测实验仪及相关示波器、万用表等设备组成。

主要技术参数如下1.传感器类型电阻应变传感器；热电式(热电偶)传感器；电感式(差动变压器)传感器；电涡流传感器；霍尔式传感器；磁电式传感器；压电加速度传感器；电容式传感器；PN结温度传感器；热敏电阻；光电传感器；压阻式压力传感器；光纤传感器；气敏传感器等2.信号及变换电桥；差动放大器；电容变换器；电压放大器；移相器；相敏检波器；电荷放大器；低通滤波器；涡流变换器；光电变换座。

3.两组稳压电源3.1低纹波、高精度直流稳压电源：±15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大输出1.5A。

3.2±2V～±10V五档可调输出，提供传感器直流信号源。

最大输出电流1.5A。

3.3电源电压监测，电压、电流自保护，声光报警功能。

4.两套显示仪表4.1数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围200mV，20V，频率范围3 Hz～2KHz，2 KHz～20K Hz。

4.2温度液晶数字显示表：温度值直接数字液晶显示，温度传感器实验更加直观、准确。

5.信号源高频信号源（音频振荡器）1KHZ～10KHZ（可调）,峰峰值20V，可调；低频信号源1HZ～30HZ（可调）,峰峰值20V，可调。

6.两套悬臂梁、测微头双平行式悬臂梁二组（其中一组为应变梁，另一组装在内部与振动圆盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行压力位移与振动实验。

压电式传感器的应用——压电式加速度传感器目录一、摘要.......................................二、引言.......................................三、关键词.....................................四、压电式加速传感器原理.......................五、压电式加速传感器构成.......................六、压电式加速度传感器的灵敏度....................七、等效电路...................................八、应用背景及实例.............................九、总结.......................................一、摘要压电式加速传感器是压电式传感器中应用最广泛的传感器之一。

近年来压电式加速传感器得到了较大的发展，本文重点讲解了压电式加速传感器的原理及构成元件，并对压电式传感器在实际生产生活中的应用做介绍。

二、引言压电效应（piezo electric effect）是由居里兄弟皮尔（P·Curie）与杰克斯（J·Curie）在1880年发现的。

1880年杰克斯在实验室发现了压电性。

起先，皮尔致力于焦电现象（pyroelectriceffect）与晶体对称性关系的研究，后来兄弟俩却发现，在某一类晶体中施以压力会有电性产生。

他们又系统的研究了施压方向与电场强度间的关系，及预测某类晶体具有压电效应。

经他们实验而发现，具有压电性的材料有：闪锌矿、钠氯酸盐、电气石、石英、酒石酸、蔗糖、方硼石、异极矿、黄晶及若歇尔盐。

这些晶体都具有各向异性结构，各向同性材料是不会产生压电性的。

（摘自百度百科）三、关键词压电式加速传感器、压电原理、压电效应、石英、压电陶瓷等。

压电薄膜传感器工作原理以及应用压电薄膜拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。

一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

本文将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。

工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。

一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。

因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。

使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。

当需要探测不同水平的预应力时，这反而成为压电薄膜的优势所在。

薄膜只感受到应力的变化量，最低响应频率可达0.1Hz。

压电薄膜传感器简介压电薄膜传感器拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。

一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

工采网将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。

压电薄膜传感器工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。

一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。

因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。

使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。

直流电场E
剩余极化强度
电场作用下的伸长
(b)极化处理中
剩余伸长
(c)极化处理后
图6-6 压电陶瓷中的电畴变化示意图
2.压电效应分析 极化处理后的压电陶瓷材料，在其极化方向上施加外 力时将会产生压电效应，但其过程不同于石英晶体的 压电过程。
（1）在未受外力作用下，整个压电片如图6-7所示。
不呈现极性而呈现中性。
1、压电效应过程分析 石英晶体压电片如图6-1（c）所示，在其X轴或Y 轴上加外力F时，均在X轴的两个截面上产生符号 相反的电荷。而在Z轴方向上加外力时，不会产生 任何压电效应。
（1）石英晶体 Si4O22 的结构 如图所示，硅氧离子结构排列，图6-2中（a）
Y
Y
-
+
X+
-X
-
+
（a)硅氧离子在Z平面上的投影
第二节 压电效应的分析 一、石英晶体的压电效应的分析 石英晶体：SiO2又称石英晶体（单晶体）。天然结 构的石英晶体呈现一个正六面体的形状。如图6-1 （a）所示：
图6-1 石英晶体
其中： X轴----电轴，经过六面体棱线 Y轴----机械轴，垂直于六面体棱面 Z轴---光轴，垂直于晶体截面且与X、Y轴垂直
+
P2
P3
+
X
-
-
Fx
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
（c)Fx>0
图6-5 石英晶体的压电示意图
(5)在Y轴方向施加力Fy(横向压电效应)
1. 当受拉力时，Fy>0,则其效果与图6-4 Fx<0情况相同。 2.当受压力时，Fy<0,则其效果与图6-5 Fx>0情况相同。