第六章压电传感器

传感器及其应用1第六章压电传感器压电传感器的转换原理是基于晶体的压电效应，第一节晶体的压电效应6．1．1晶体压电效应的说明当某些晶体沿一定方向伸长或压缩小时，在其表面上会产生电荷（束缚电荷），这种效就称为压电效应，压电效应是可逆的，即晶体在外电场的作用下要发生形变，这种效应称为反向压电效应。6．1．2压电材料现今压电传感器的材料大多用压电陶瓷。铌酸锂和钽酸锂大量用作声表面波（SAW）器件。此外，氧化匀和氮化铝等压电薄膜已是当今微波器件的关键材料。第二节压电加速度传感器压电加速度传感器又称压电加速度计或压电加速度表。压电加速度传感器广范用于检测导弹，飞机，车辆等的冲南和振动。第三节压电谐振式传感器压电谐振式传感器可以测应力，应变，压力，角速度，加速度，温度，湿度，流速及浓度等许多物理量，谐振式传感器以数字输出。优点：功耗小，抗干扰性强，稳定性好。种类：应变敏感型，热敏感型，声敏感型，质量敏感型和回转敏感型6．3．1石英晶体谐振式温度传感器6．3．3压电汞蒸气探测石英晶片的共振频率f因附加到其上的质量的增减而变化。6．3．4测量液体密度的压电传感器第四节声表面波传感器传感器及其应用2声表面波是一种能量集中于媒质表面，沿表面传播，其振幅随深度呈指数衰减的弹性波。通常在压电晶体的表面设置叉指换能器来激励和检测声表面波。原理：利用SAW振荡频率特性受外界力学量，热学量，电学量，化学量和生物量的影响而变化的机理来达到检测物理量，化学量和生物量的目的。优点：分辨率高，灵敏度高，可靠，一致性好，制造简单6．4．SAW传感器的基本原理SAW传感器的基本原理是，在压电材料表面形成叉指换能器构成SAW振荡器或谐振器，适当设计SAW振荡器或谐振器，使其对微细的竺测量敏感。1．SAW叉指换能器SAW的发射和接收是靠SAW叉指换能器来实现的2．SAW振荡器由发射换能器发射的表面波经媒质延迟被接收换能器接收。接收的信号经放大器放大，再反馈到发射换能器构成振荡回路。3．SAW谐振器6．4．2SAW压力传感器用途：监视心脏病人的心跳，用射频振荡器反信息发射出去，实现遥测。6．4．3SAW热敏传感器6．4．4SAW气敏传感器用途：检测二氧化硫，水蒸气，氢气，丙酮，硫化氢，一氧化碳，二氧化碳，二氧化氮等。6．4．5SAW电力传感器6．4．6SAW加速度传感器优点：能够实现固态化，直接输出频率信号，精度高，灵敏度高。6．4．7SAW流量传感器通过测量频率的变化，得知流体流速的大小，进而且得到流量度的大小。