《传感器原理与应用》课程教学课件（讲稿）第六章 压电式传感器

第六章压电式传感器 基本要求：掌握压电式传感器工 作原理；了解压电式传感器的使用 方法

第六章 压电式传感器 基本要求：掌握压电式传感器工 作原理；了解压电式传感器的使用 方法

概述 >压电式传感器以电介质的压电效应为基础，即在外 力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测 量，是一种典型的电能量传感器。 >压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪 比大等特点，因为没有运动部件，因此结构坚固可靠 性及稳定性高。 >可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，广泛 用于声学、医学、力学、宇航等领域，但不能用于静 态参数的测量

¾压电式传感器以电介质的压电效应为基础，即在外 力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测 量,是一种典型的电能量传感器。 ¾压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪 比大等特点，因为没有运动部件，因此结构坚固可靠 性及稳定性高。 ¾可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，广泛 用于声学、医学、力学、宇航等领域，但不能用于静 态参数的测量。 概述

第一节压电效应和压电材料 一、压电效应（piezoelectric effect) 1.正压电效应 电介质在沿一定方向上受到外力 产生变形 内部产生极化现象，表面产生电荷 外力去掉，回到不带电状态 压电效应动画演示

第一节 压电效应和压电材料 一、压电效应（piezoelectric effect ） 电介质在沿一定方向上受到外力 产生变形 外力去掉，回到不带电状态 内部产生极化现象，表面产生电荷 压电效应动画演示 1．正压电效应

正压电效应：电介质在受到一定方向的外力作用而变形 时，内部会产生极化现象而在其表面产生电荷，当去掉外 力后，又重新回到不带电状态，这种将机械能转换成电能 的现象，称为正压电效应，又称为顺压电效应

正压电效应：电介质在受到一定方向的外力作用而变形 时，内部会产生极化现象而在其表面产生电荷，当去掉外 力后，又重新回到不带电状态，这种将机械能转换成电能 的现象，称为正压电效应，又称为顺压电效应

2.逆压电效应（电致伸缩效应) 极化方向上施加交变电场 运动方向 产生机械变形 加以交变电流，压 电材料会产生振动 去外加电场，变形消失 逆压电效应动画演示 及

2. 逆压电效应（电致伸缩效应） 极化方向上施加交变电场 产生机械变形 去外加电场，变形消失 逆压电效应动画演示

逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场时，电介质在一 定方向上产生机械变形，内部出现机械应力，这种将电能转换 成机械能的现象称“逆压电效应”，又称为电致伸缩效应

逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场时，电介质在一 定方向上产生机械变形，内部出现机械应力，这种将电能转换 成机械能的现象称“逆压电效应”,又称为电致伸缩效应

正压电效应 机械能 压电元件 电能 逆压电效应

正压电效应 机械能 电能 逆压电效应 压电元件

二、压电材料 压电材料的种类 压电现象是晶体缺乏中心对称引起的，自然界32种晶体点阵 中，有中心对称和非对称两大类，非中心对称的21种中有 20种有压电效应。 研究发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅是优能的压电材料。常 见压电材料可以分为以下三类： >压电晶体（单晶体）如石英晶体 >压电陶瓷（极化处理的多晶陶瓷） >新型压电材料（压电半导体和有机高分子)

二、压电材料 研究发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅是优能的压电材料。常 见压电材料可以分为以下三类： ¾压电晶体(单晶体)如石英晶体 ¾压电陶瓷(极化处理的多晶陶瓷) ¾新型压电材料（压电半导体和有机高分子） 压电现象是晶体缺乏中心对称引起的,自然界32种晶体点阵 中，有中心对称和非对称两大类，非中心对称的21种中有 20种有压电效应。 压电材料的种类

(1)压电晶体 压电晶体是一种单晶体。 例如： 石英晶体： 酒石酸钾钠等 石英晶体外形图

石英晶体外形图 压电晶体是一种单晶体。 例如： 石英晶体； 酒石酸钾钠等 （1）压电晶体

天然形成的石英晶体外形图

天然形成的石英晶体外形图