压电传感器-高分子材料

压电传感器—高分子压电材料工业测控仪表自动化与电气工程学院CollegeofAutomationandElectricalEngineering授课教师：王轶卿22压电传感器—高分子压电材料高分子压电材料原理及特性高分子压电材料的应用高分子材料压电传感器的测量电路前沿科技与网络拓展阅读33特点：动态力动态压力定义：电荷量的变化1.压电传感器概述压电效应逆压电效应自发电式传感器不能测量静态力典型的双向传感器电压测量转换电路…442.压电材料压电晶体常用压电元件材料：压电陶瓷高分子压电材料实验室基准传感器动态力传感器、振动传感器定性测量553.高分子压电材料材料：聚二氟乙烯（PVF2或PVDF）聚氟乙烯（PVF）改性聚氯乙烯（PVC）…压电薄膜66高分子压电压电电缆高分子压电电缆高分子压电垫高分子压电脚踏报警器77高分子压电材料特点防水，不易破碎特点：柔软，可制成大面积、很长或极微小的成品缺点：工作温度一般低于100℃频率响应范围宽，测量动态范围达80dB价格便宜耐紫外线能力较差，不宜暴晒温度升高时，灵敏度将降低灵敏度比压电晶体高十几倍88正压电效应：4.压电效应—正压电效应施加外力表面产生电荷去掉外力表面产生电荷电荷消失电荷消失注意：电荷极性外力电荷高分子压电薄膜++++++++++++++++++___________________________+++++++++99高分子压电材料的特性高分子材料极化电压电场10~40kV/m80~100oC30~60min高分子压电材料无压电特性具有压电特性极化处理膜厚方向聚二氟乙烯聚氟乙烯改性聚氯乙烯1010高分子压电材料的特性极化后，有压电性质沿X（Y）方向施加外力表面产生电荷31QdFd31-压电常数外力的大小q的大小外力施加的方向q分布的平面和极性材料形状压电系数（x10-12C/N）居里温度（℃）石英单晶d11=2.31，d14=0.727573锆钛酸铅陶瓷d33=71~590，d31=-100~-230180~350聚二氟乙烯（PVF2）延伸薄膜d31=6.7120XYZ1111极化方向逆压电效应：去掉交变电场电致伸缩效应施加交变电场产生机械振动振动消失5.压电效应—逆压电效应1212高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应）1313压电效应：电介质材料中机械能与电能压电效应小结压电介质机械能电能正压电效应逆压电效应互换1414压电传感器—高分子压电材料高分子压电材料原理及特性高分子压电材料的应用高分子材料压电传感器的测量电路前沿科技与网络拓展阅读1515上电极下电极极间电容漏电阻压电陶瓷晶片示意图压电元件符号等效电路高内阻电荷源特点：高内阻测量电路须具备两个作用：高阻抗输入低阻抗输出输入电荷输出电压SCU测量电路二、压电传感器的测量电路1616负反馈高增益放大器压电传感器的测量电路反馈电容Cf反馈电阻Rf当放大器开环增益A0和反馈电阻Rf相当大时放大器的输出电压00(1)SCffAQQUACC防止放大器直流饱和1717压电传感器—高分子压电材料高分子压电材料原理及特性高分子压电材料的应用高分子材料压电传感器的测量电路前沿科技与网络拓展阅读1818三、高分子压电材料的应用高分子压电电缆用于交通监测其它应用玻璃破碎报警装置压电式周界报警系统1919应用1高分子压电电缆用于交通监测将高分子压电电缆埋在公路上，可实现：闯红灯拍照车速监测收费站称重停车区域监控2020高分子压电电缆用于交通监测演示将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于公路的路面下约5cm，可以测量：（1）车速（2）汽车前后轮间轴距、轴数（3）汽车载重量tA1tA2tB1tB22121应用2玻璃破碎报警装置输出引脚间产生电压信号在玻璃上粘贴高分子压电测振薄膜玻璃破碎瞬间10~15KHz振动高分子压电薄膜振动压电薄膜表面产生电荷驱动报警电路2222玻璃破碎传感器聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜高分子压电测振薄膜加工工艺：尺寸：10200.2mm正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极超声波焊接两根柔软的电极引线覆盖保护膜性能参数：侦测范围：半径180cm警报时间：0.5~6S工作温度：-20oC~+55oC重量：26g2323应用2压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护）作用：地下麦克风（听音器）将压电电缆埋在泥土的浅表层侦测范围：几十米~数百米多通道测量系统的输出波形侦测对象：行人、轮式车辆、履带式车辆优点：警戒区域大；不易受电、光、雾、雨水等干扰；价格低输出信号形式不同2424压电式周界报警系统压电电缆铜芯压电材料屏蔽层橡胶保护层原理2525高分子压电材料的其它应用脉搏计数探测振动、冲击、碰撞报警振动加速度测量管道压力波动26报警系统拓展思考Q：如何提高玻璃破碎报警装置、周界防护装置的灵敏度，同时降低误报率？A：阈值设定软件补偿2727重点回顾原理压电效应特点动态力，定性分析对比学习可逆压电陶瓷传感器定量测量2828压电传感器—高分子压电材料高分子压电材料原理及特性高分子压电材料的应用高分子材料压电传感器的测量电路前沿科技与网络拓展阅读2929站在巨人肩上——前沿科技压电高分子纳米纤维薄膜柔性力学传感器聚偏二氟乙烯及偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物具有良好的力学性能、高灵敏度、生物相容性有着传统压电材料不可比拟的柔软、透气等特性…压电薄膜扬声器3030网络拓展阅读压电薄膜传感器在医疗行业生命特征监测方面的应用压电式加速度传感器=aladdin压电薄膜交通传感器及其应用压电薄膜轴传感器及其在智能交通系统中的应用欢迎各位专家批评与指导！