传感器传感器与检测技术与检测技术董春利主编董春利主编潘洪坤执笔潘洪坤执笔大连职业技术学院电气电子工程系大连职业技术学院电气电子工程系20082008年年33月月全国高等职业教育规划教材全国高等职业教育规划教材省级精品课程配套教材省级精品课程配套教材第五章压变式传感器第五章压变式传感器5.15.1压电式传感器压电式传感器5.25.2压磁式传感器压磁式传感器第一节压电式传感器第一节压电式传感器压电式传感元件是力敏感元件，所以它能测压电式传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等各种动态力、机械冲击与振压力、加速度等各种动态力、机械冲击与振动的测量。动的测量。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点优点一、压电传感器工作原理一、压电传感器工作原理11．压电效应．压电效应某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变，这种现象当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变，这种现象称压电效应。又叫顺压电效应）。称压电效应。又叫顺压电效应）。反之，当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在反之，当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。这个现象叫做逆压电效应，这些变形或应力也随之消失。这个现象叫做逆压电效应，又叫电致伸缩效应。又叫电致伸缩效应。在自然界中许多物质具有压电效应和你压电效应，常见的在自然界中许多物质具有压电效应和你压电效应，常见的有石英晶体、压电陶瓷等。有石英晶体、压电陶瓷等。22．石英晶体．石英晶体石英晶体化学式为石英晶体化学式为SiO2,SiO2,是一个正六面体。是一个正六面体。英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴zz称为光轴，称为光轴，经过六面体棱线并垂直于光轴的经过六面体棱线并垂直于光轴的xx轴称为电轴，与轴称为电轴，与xx和和zz轴同时垂直的轴轴同时垂直的轴yy称为机械轴。称为机械轴。通常把沿电轴通常把沿电轴xx方向的力作用下产生电荷的压电效应称为方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴“纵向压电效应”；而把沿机械轴yy方向的作用下产生电方向的作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；而沿光轴荷的压电效应称为“横向压电效应”；而沿光轴zz方向受方向受力时不产生压电效应。力时不产生压电效应。（（11）石英晶体的压电效应）石英晶体的压电效应11）石英晶体）石英晶体未受外力作用未受外力作用，此时正负电荷重心重合，电偶极矩的矢量和等于零，，此时正负电荷重心重合，电偶极矩的矢量和等于零，P1+P2+P3=0P1+P2+P3=0，所以，所以晶体表面不产生电荷，即呈中性晶体表面不产生电荷，即呈中性。。22）当石英晶体受到）当石英晶体受到沿沿xx轴方向轴方向的压力的压力fxfx作用时，作用时，XX轴轴P1P1减小和减小和P2P2、、P3P3的的增加，即：（增加，即：（P1+P2+P3)x>0P1+P2+P3)x>0。在。在YY、、ZZ方向上的分量为零，可见，方向上的分量为零，可见，在在XX轴的正向出现正电荷，在轴的正向出现正电荷，在YY、、ZZ轴方向则不出现电荷。轴方向则不出现电荷。33）当晶体受到）当晶体受到沿沿yy轴方向的压力轴方向的压力fyfy作用时，作用时，P1P1增大，增大，P2P2、、P3P3减小，即：减小，即：（（P1+P2+P3)x<0P1+P2+P3)x<0。在。在xx轴上出现电荷轴上出现电荷，它的，它的极性为极性为xx轴正向为负...
