《机械工程测试技术》课程PPT教学课件（传感器与检测技术）压电式传感器

测试与传感Q0Q压电式传感器电荷受力、表面形变压电器件

2025/6/24 1 压电器件 受力、表面形变 电荷

压电式传感器的工作原理测试与传感一、压电效应1、正（顺）压电效应FF某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。（加力变形产生电荷）2025/6/24

2025/6/24 2 压电式传感器的工作原理 一、压电效应 1、正（顺）压电效应 某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改 变时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们 又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效 应。 ( 加力 变形 产生电荷)

测试与传感逆压电效应:在压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象，压电材料的这种现象称为“电致伸缩效应”，也叫做“逆压电效应”。（施加电场电介质产生变形应力）正压电效应Q(E) 电能T(S) 机械能压电介质逆压电效应2025/6/24

2025/6/24 3 压电介质 正压电效应 T(S) 机械能 Q(E) 电能 逆压电效应  逆压电效应 :在压电材料的两个电极面上，如果 加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即 压电片在电极方向上有伸缩的现象，压电材料的 这种现象称为“电致伸缩效应”，也叫做“逆压 电效应”。(施加电场 电介质产生变形 应力 )

二、压电材料简介测试与传感eOe常用压电材料的性能参数压电常数压电效应强弱：灵敏度(刚度)弹性常数固有频率、动态特性介电常数固有电容、频率下限机电耦合系数机电转换效率电阻泄漏电荷、改善低频特性居里点丧失压电性的温度2025/6/24

2025/6/24 4 二、压电材料简介 压电常数 弹性常数（刚度） 介电常数 机电耦合系数 电阻 居里点 压电效应强弱：灵敏度 固有频率、动态特性 固有电容、频率下限 机电转换效率 泄漏电荷、改善低频特性 丧失压电性的温度 常用压电材料的性能参数：

测试与传感常用压电材料oae特性类别材料成分单晶体、水晶di=-2.31X10-12C/N,石英晶体（人造、天然）Si02压电系数稳定，固有频率稳定承受压力700-1000Kg/cm钛酸钡、锆钛酸压电系数高d33-190×10-C/N压电陶瓷人造多晶体、锯酸盐系品种多、性能各异压电特性新型压电压电半导体集成压电传感器材料半导体特性有机高分子质轻柔软、抗拉强度高、压电材料机电耦合系数高2025/6/24

2025/6/24 5 类 别 材 料 成 分 特 性 石英晶体 单晶体、水晶 （人造、天然） SiO2 d11=2.31×1 0-12C/N， 压电系数稳定，固有频率稳定 承受压力 700-1000Kg/cm2 压电陶瓷 人造多晶体 钛酸钡、锆钛酸 钡、铌酸盐系 压电系数高 d33=190×1 0-11C/N 品种多、性能各异 新 型 压 电 材 料 压电半导体 压电特性 半导体特性 集成压电传感器 有机高分子 压电材料 质轻柔软、抗拉强度高、 机电耦合系数高 常用压电材料

石英晶体切片及封装感oace石英晶体薄片晶体毛片双面镀银并封装2025/6/24

2025/6/24 6 石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 双面镀银并封装

WLD27.000MHz（晶振）石英晶体振荡器R9C178501晶振BLBX792A9石英晶体在振荡电22h路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用R13从而产生稳定的振荡输出频率

2025/6/24 7 石英晶体振荡器（晶振） 石英晶体在振荡电 路中工作时，压电效应 与逆压电效应交替作用， 从而产生稳定的振荡输 出频率。 晶振

三、石英晶体的压电特性测试与传感居里点573℃，六角晶系结构石英O光轴电轴机械轴2025/6/24

2025/6/24 8 三、石英晶体的压电特性 石英 居里点573℃，六角晶系结构 光轴 电轴 机械轴

2测试与传感A当在电轴方向施加作用力时，在与电轴x垂直的平面上将产生电荷，其大L小为qx = di1 Fx式中：d—x方，向受力的压电系数；y中中十中一作用力F(b)(a)晶片上电荷极性与受力方向的关系2025/6/24

2025/6/24 9 晶片上电荷极性与受力方向的关系 (a ) x y x y (b ) 当在电轴方向施加 作用力时, 在与电 轴 x 垂直的平面上 将产生电荷, 其大 小为 qx = d11 Fx 式中: d11——x方 向受力的压电系数; Fx——作用力

2测试与传感若在同一切片上，沿机械轴y方向施加作用力F，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷q，其大小为qy=d12f,a/b中中宁士2——y轴式中：d12方向受力的压电系数d12= -d11;晶体切a、by中十片长度和厚度。(c)(d)晶片上电荷极性与受力方向的关系2025/6/24

2025/6/24 10 若在同一切片上, 沿 机械轴y方向施加作 用力Fy , 则仍在与x轴 垂直的平面上产生电 荷qy , 其大小为 qy=d12fya/b 式中: d12——y轴 方向受力的压电系数, d12= -d11; a、 b——晶体切 片长度和厚度。 晶片上电荷极性与受力方向的关系 x x y (c ) (d ) y