icp壓電傳感器傳感器技術(shù)論文

　　有些網(wǎng)友覺得icp壓電傳感器傳感器技術(shù)論文難寫，可能是因為沒有思路，所以小編為大家?guī)砹讼嚓P(guān)的例文，希望能幫到大家!

　　壓電傳感器傳感器技術(shù)論文篇一

　　壓電傳感器

　　摘要：壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也叫壓電傳感器。本文主要介紹壓電效應(yīng)及壓電傳感器的測量原理，綜述當(dāng)前壓電傳感器的分類，討論壓電傳感器在進(jìn)一步實用化過程中面臨的困難和需要解決的問題，并對其應(yīng)用前景做的展望。

　　關(guān)鍵詞：壓電傳感器 壓電效應(yīng) 分類 前景展望

　　一、壓電原理

　　1.壓電效應(yīng)

　　一些離子型晶體的電介質(zhì)(如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等)不僅在電場力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會產(chǎn)生極化現(xiàn)象。即：在這些電介質(zhì)的一定方向上施加機(jī)械力而產(chǎn)生變形時，就會引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致其兩個相對表面(極化面)上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度σ)與外應(yīng)力張量T成正比;當(dāng)外力消失，又恢復(fù)不帶電原狀;當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡稱壓電效應(yīng)。

　　2.壓電傳感器原理

　　基于壓電效應(yīng)的傳感器，是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。

　　二、壓電傳感器分類

　　壓電介質(zhì)可分為三類，分別是石英晶體、壓電陶瓷和高分子壓電材料。

　　1.石英晶體

　　石英晶體是一種天然形成的性能極為優(yōu)異的單晶體壓電材料。它具有穩(wěn)定性好、可靠性高、響應(yīng)速度快、壓電常數(shù)自然變化率低(在20-200℃時，僅為-0.0001/攝氏度 )等特點，廣泛用于制作標(biāo)準(zhǔn)傳感器以及高精度傳感器。

　　2.壓電陶瓷

　　壓電陶瓷是一種人工合成的多晶體壓電材料，內(nèi)部具有大址微觀極化區(qū)。無外電場作用時，各極化區(qū)在晶體中呈雜散狀、極化方向各異。因此壓電陶瓷平時呈電中性。當(dāng)施加外電場時，極化方向統(tǒng)一。此時圍繞原子核的電子獲得動能?脫離原子核束縛成為自由電子。這些自由電子和失去電子顯正電性的原子核在外

　　電場作用下逐漸形成內(nèi)部微弱勢壘電場。從電工學(xué)理論可知，微觀上所謂勢壘電場就是“兩側(cè)堆積電性各異電子組成的作用范圍”，宏觀上表現(xiàn)為壓電陶瓷表面呈現(xiàn)大量電荷。

　　壓電陶瓷不同于自然界其他電介質(zhì)，在外電場失去時，其內(nèi)部極化區(qū)仍存有很強剩余極化強度，如沿極化方向施加外力，其表面也能產(chǎn)生電荷。換句話說，壓電陶瓷也具有壓電效應(yīng)。常用的壓電陶瓷有鉆欽酸鉛系列壓電陶瓷(PZT)、非鉛系壓電陶瓷等。

　　3.高分子壓電材料

　　高分子壓電材料是近年來發(fā)展較快的一種新型壓電材料。它的特點是壓電常數(shù)較高，如聚偏二氟乙烯(PVF2或PVDF)的壓電常數(shù)比壓電陶瓷高十幾倍，其輸出脈沖電壓可直接驅(qū)動 CMOS集成門電路。這種材料質(zhì)地柔軟，可以拉伸成薄膜或套管狀。另外，價格便宜，不易破碎，具有防水性。其測量范圍可達(dá)80dB,頻響范圍從0.1Hz直至10九次方Hz?？梢娝且环N較為理想的電聲材料。 高分子壓電材料的工作溢度適用范圍為100℃以下，機(jī)械強度較低，不耐紫外線照射。

　　三、總結(jié)

　　不可否認(rèn)，壓電傳感器在擁有眾多優(yōu)點的同時，也存在著許多缺點，展望今后的研究重點，可能會有以下幾個方面：(1)從研究的成果來看，理論研究離工程實用還有一定的差距，工程實用化方面研究也相當(dāng)薄弱，具體表現(xiàn)在理論及仿真研究較多，而實驗驗證相對較少，研究對象以簡單的梁板結(jié)構(gòu)較多，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的研究還相當(dāng)欠缺。 (2)壓電元件非線性特性的研究。由于壓電材料的極化特性，壓電系統(tǒng)只能在一定范圍內(nèi)滿足近似的線性要求，并容易受外界多種環(huán)境的影響。非線性特性的存在使壓電元件重復(fù)性差、檢測精度低，瞬態(tài)位置響應(yīng)速度慢，可控性變差，成為壓電元件進(jìn)一步工程應(yīng)用的主要障礙之一。為減小這種非線性特性所造成的不良影響，更好地發(fā)揮壓電元件的性能，國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)從壓電元件非線性特性形成機(jī)理、外環(huán)及內(nèi)環(huán)非線性特性及控制方法等方面開展了相關(guān)研究。 (3)壓電材料的壓電特性有待于進(jìn)一步提高，這使得壓電材料的應(yīng)用受到極大限制。各國學(xué)者正在努力開發(fā)，一旦找到一種優(yōu)異的壓電材料，相信將會取代傳統(tǒng)的、笨重的機(jī)電換能設(shè)備，如電動機(jī)、馬達(dá)等。到那時，壓電研究將會全方位地發(fā)展，甚至可能影響到我們生活的各個方面。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]蔣澤民,高俊啟,季天劍.壓電傳感器測量路面動水壓力研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012.

　　[2]陳政,鐘匯才,李慶等.基于PVDF壓電傳感器的車輛動態(tài)稱重信號的研究[J].傳感器與微系統(tǒng),2012.

　　[3]Optimal Control of a Beam with Discontinuously Distributed Piezoelectric Sensors and Actuators[J].船舶與海洋工程學(xué)報，英文版,2012.

　　[4]陳海雄,李傳江.基于壓電傳感器的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動信號測試技術(shù)[J].制造業(yè)自動化,2012.

　　[5]張忠華.壓電傳感器與執(zhí)行器集成一體化方法和發(fā)展趨勢[J].中國科技博覽,2011.

　　[6]壓電傳感器動態(tài)特性數(shù)字化補償方法研究[J].長沙大學(xué)學(xué)報,2011.

　　壓電傳感器傳感器技術(shù)論文篇二

　　壓電式傳感器論文

　　系部：機(jī)電工程系 專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng) 姓名：雷偉 班級：1122 指導(dǎo)老師：諸躍進(jìn)

　　2013.10.25 時間

　　目錄

　　摘要.....................................

　　引言.....................................

　　關(guān)鍵詞...................................

　　壓電原理.................................

　　應(yīng)用背景及實例...........................

　　1.產(chǎn)品展示.............................

　　2.行業(yè)應(yīng)用.............................

　　測量電路.................................

　　總結(jié).....................................

　　摘要

　　本文除了重點講解壓電式傳感器的應(yīng)用和測量電路，還介紹壓電效應(yīng)以及一些壓電材料。壓電式傳感器在測量一些物理量和作為警報器方面有一些很好的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞:壓電原理，壓電效應(yīng)，石英，壓電陶瓷

　　引言：

　　壓電現(xiàn)象是100多年前居里兄弟研究石英時發(fā)現(xiàn)的。居里兄弟在研究熱電性與晶體對稱，發(fā)現(xiàn)正負(fù)電荷，而且電荷密度與壓力大小成正比。居里兄弟所報道的這些晶體就有后來廣為研究的鐵電體酒石酸鉀鈉(羅息鹽)。1881年，應(yīng)用熱力學(xué)原理預(yù)言了逆壓電效應(yīng)，即電場可以引起與之成正比的應(yīng)變。很快這一預(yù)言被居了里兄弟用實驗所證實了。

　　1. 壓電原理

　　壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)，是一種典型的有源傳感器。通過材料受力作用變形時，氣表面會有電荷產(chǎn)生而實現(xiàn)非電量測量。

　　壓電式傳感器

　　基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量。它的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕等。缺點是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。

　　2. 應(yīng)用背景及實例

　　產(chǎn)品展示 壓電式測力傳感器

　　壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉、壓場合，通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測量范圍寬，線性及穩(wěn)定性高，動態(tài)特性好。當(dāng)采用大時

　　間常數(shù)的電荷放大器時，可測量準(zhǔn)靜態(tài)力。按測力狀態(tài)分，有單向、雙向和三向傳感器，它們在結(jié)構(gòu)上基本一樣。

　　圖所示為壓電式單向測力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。傳感器用于機(jī)床動態(tài)切削力的測量。絕緣套用來絕緣和定位?；鶅?nèi)外底面對其中心線的垂直度、上蓋及晶片、電極的上下底面的平行度與表面光潔度都有極嚴(yán)格的要求，否則會使橫向靈敏度增加或使片子因應(yīng)力集中而過早破碎。為提高絕緣阻抗，傳感器裝配前要經(jīng)過多次凈化(包括超聲波清洗)，然后在超凈工作環(huán)境下進(jìn)行裝配，加蓋之后用電子束封焊。

　　壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)類型很多，但它們的基本原理與結(jié)構(gòu)仍與壓電式加速度和力傳感器大同小異。突出的不同點是，它必須通過彈性膜、盒等，把壓力收集、轉(zhuǎn)換成力，再傳遞給壓電元件。為保證靜態(tài)特性及其穩(wěn)定性，通常多采用石英晶體作為壓電元件。

　　壓電式加速度傳感器

　　壓電元件一般由兩片壓電片組成。在壓電片的兩個表面上鍍銀層，并在銀層上焊接輸出引線，或在兩個壓電片之間夾一片金屬，引線就焊接在金屬片上，輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電片上放置一個比重較大的質(zhì)量塊，然后用一硬彈簧或螺栓、螺帽對質(zhì)量塊預(yù)加載荷。整個組件裝在一個厚基座的金屬殼體中，為了隔離試件的任何應(yīng)變傳遞到壓電元件上去，避免產(chǎn)生假信號輸出，所以一般要加厚基座或選用剛度較大的材料來制造。

　　測量時，將傳感器基座與試件剛性固定在一起。當(dāng)傳感器感受到振動時，由于彈簧的剛度相當(dāng)大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相對較小，可以認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性很小，因此質(zhì)量塊感受到與傳感器基座相同的振動，并受到與加速度方向相反的慣性力作用。這樣，質(zhì)量塊就有一正比于加速度的交變力作用在壓電片上。由于壓電片具有壓電效應(yīng)，因此在它的兩個表面上就產(chǎn)生了交變電荷(電壓)，當(dāng)振動頻率遠(yuǎn)低于傳感器固有頻率時，傳感器的輸出電荷(電壓)與作用力成正比，即與試件的加速度成正比。輸出電量由傳感器輸出端引出，輸入到前置放大

　　器后就可以用普通的測量器測出試件的加速度，如在放大器中加進(jìn)適當(dāng)?shù)姆e分電路，就可以測出試件的振動加速度或位移。

　　壓電式金屬加工切削力測量

　　主要用于金屬加工切削力測量。

　　壓電式玻璃破碎報警器

　　主要用于璃破碎報警器。

　　應(yīng)用行業(yè)

　　由于壓電式傳感器具有體積小、重量輕、工作頻帶寬、靈敏度高、信噪比大、工作可靠等優(yōu)點，因而在現(xiàn)代科技中有著廣泛應(yīng)用。

　　壓電晶體振蕩器是將機(jī)械振動變?yōu)橥l率的電震蕩的器件。廣泛用于軍事通信和精密電子設(shè)備，小型電子計算機(jī)，以及石英鐘表內(nèi)。

　　由于壓電陶瓷具有極高的靈敏度，壓電高壓發(fā)生器利用正壓效應(yīng)可以把振動轉(zhuǎn)換成電能，還可以獲得高電壓輸出。這種獲得高電壓的方法可以用來做引燃裝置，如給汽車火花塞、煤氣灶、打火機(jī)、炮彈的引爆壓電雷管等點火。