（優(yōu)選）生物醫(yī)學(xué)傳感壓電式現(xiàn)在是1頁\一共有66頁\編輯于星期三上次課內(nèi)容回顧自感式傳感器差動變壓器式傳感器電渦流式傳感器現(xiàn)在是2頁\一共有66頁\編輯于星期三

§7-1壓電式傳感器

工作原理---壓電效應(yīng)壓電材料(石英、壓電陶瓷）特性等效電路及測量電路壓電傳感器的應(yīng)用現(xiàn)在是3頁\一共有66頁\編輯于星期三一、壓電效應(yīng)現(xiàn)在是4頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是5頁\一共有66頁\編輯于星期三重要特性（雙向有源器件）何為壓電式傳感器?現(xiàn)在是6頁\一共有66頁\編輯于星期三二、壓電材料：具有壓電效應(yīng)的材料現(xiàn)在是7頁\一共有66頁\編輯于星期三納米發(fā)電機(jī)現(xiàn)在是8頁\一共有66頁\編輯于星期三高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜

現(xiàn)在是9頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是10頁\一共有66頁\編輯于星期三⑴石英晶體的壓電效應(yīng)天然形成的石英晶體外形現(xiàn)在是11頁\一共有66頁\編輯于星期三石英晶體三個晶軸光軸：z

電軸：x

機(jī)械軸：y現(xiàn)在是12頁\一共有66頁\編輯于星期三石英晶體的產(chǎn)生壓電效應(yīng)的物理過程：現(xiàn)在是13頁\一共有66頁\編輯于星期三Y+++---X(a)FX=0P1P2P3

作用力與產(chǎn)生電荷之間的關(guān)系：FXXY++++－－－－FX(b)FX<0+++---P1P2P3(P1+P2+P3)X>0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0現(xiàn)在是14頁\一共有66頁\編輯于星期三（P1+P2+P3）X<0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0(c)FX>0Y+++--X-+++－－－FXFXP2P3P1+－現(xiàn)在是15頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是16頁\一共有66頁\編輯于星期三石英晶體切片石英晶體薄片雙面鍍銀并封裝現(xiàn)在是17頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是18頁\一共有66頁\編輯于星期三（2）壓電陶瓷的壓電效應(yīng)現(xiàn)在是19頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是20頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是21頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是22頁\一共有66頁\編輯于星期三三、壓電方程或現(xiàn)在是23頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是24頁\一共有66頁\編輯于星期三F1XY++++－－－－F1F1<0+++---P1P2P31、縱向效應(yīng)傳感器2、橫向效應(yīng)傳感器

現(xiàn)在是25頁\一共有66頁\編輯于星期三四、等效電路與測量電路＋＋＋＋――――Q電極壓電晶體(a)QCa(b)其電容量為：當(dāng)兩極板聚集異性電荷時，則兩極板呈現(xiàn)一定的電壓，其大小為：理想等效電路：現(xiàn)在是26頁\一共有66頁\編輯于星期三QCtUaUa＝Q/CaQ＝UaCaCa（a）電壓等效電路（b）電荷等效電路現(xiàn)在是27頁\一共有66頁\編輯于星期三電荷型電壓型

壓電傳感器實際的等效電路Ca傳感器的固有電容Ci前置放大器輸入電容Cc

連線電容Ra傳感器的漏電阻Ri前置放大器輸入電阻現(xiàn)在是28頁\一共有66頁\編輯于星期三【例1】一只x切型的石英晶體壓電元件，其d11=2.31×10-12C/N，相對介電常數(shù)εr=4.5，橫截面積A=5cm2，厚度h=0.5cm。求：(1)縱向受Fx=9.8N的壓力作用時壓電片兩電極間輸出電壓值為多大？(2)若此元件與高輸入阻抗運(yùn)放連接時連接電纜的電容為Cc=4pF，該壓電元件的輸出電壓值為多大？現(xiàn)在是29頁\一共有66頁\編輯于星期三前置放大器也有兩種形式：

電壓放大器：其輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比；電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。測量電路

壓電式傳感器的前置放大器有兩個作用：1.把傳感器的高輸出阻抗換成低阻抗輸出；2.放大傳感器輸出的弱信號現(xiàn)在是30頁\一共有66頁\編輯于星期三

1、電壓放大器

壓電元件所受作用力

傳感器電壓靈敏度Ku：傳感器的輸入電壓：現(xiàn)在是31頁\一共有66頁\編輯于星期三電荷放大器是一個具有深度負(fù)反饋的高增益放大器。

2、電荷放大器在放大器開環(huán)增益A足夠大時：靈敏度與電纜電容無關(guān)現(xiàn)在是32頁\一共有66頁\編輯于星期三五、壓電傳感器的應(yīng)用1、壓電式加速度傳感器現(xiàn)在是33頁\一共有66頁\編輯于星期三2、

壓電式壓力傳感器現(xiàn)在是34頁\一共有66頁\編輯于星期三流量顯示1789輸出信號換能器換能器接收接收發(fā)射發(fā)射壓電式流量計3、

壓電式流量計現(xiàn)在是35頁\一共有66頁\編輯于星期三4、

壓電式傳感器的其他應(yīng)用現(xiàn)在是36頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是37頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是38頁\一共有66頁\編輯于星期三汽車安全氣囊系統(tǒng)事故性碰撞：點火信號、電點火管、氣體發(fā)生劑、氣體、充氣、彈性體現(xiàn)在是39頁\一共有66頁\編輯于星期三壓電式血壓傳感器指套式電子血壓計生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用:另外，醫(yī)用超聲儀器：超聲治療機(jī)、超聲多普勒血流記、超聲手術(shù)刀、超聲顯微鏡等等心內(nèi)導(dǎo)管壓電微音器現(xiàn)在是40頁\一共有66頁\編輯于星期三作業(yè)：超聲多普勒血流記現(xiàn)在是41頁\一共有66頁\編輯于星期三§7-2聲表面波傳感器一、聲表面波的基本原理二、SAW傳感器的工作原理三、SAW傳感器的主要應(yīng)用4/8/202342現(xiàn)在是42頁\一共有66頁\編輯于星期三一、聲表面波的基本原理1.聲表面波簡介現(xiàn)在是43頁\一共有66頁\編輯于星期三瑞利波示意圖

瑞利波質(zhì)點運(yùn)動隨深度的變化

瑞利波（Rayleigh波）

現(xiàn)在是44頁\一共有66頁\編輯于星期三勒夫波（Lovewaves）

現(xiàn)在是45頁\一共有66頁\編輯于星期三2.聲表面波的發(fā)展歷史現(xiàn)在是46頁\一共有66頁\編輯于星期三3.聲表面波的技術(shù)特點4、聲表面波器件可以十分方便地產(chǎn)生高頻信號；1、具有較低的傳播速度，由于聲表面波的傳播速度僅為電磁波的1/10-5，在其傳播路徑上容易取樣和進(jìn)行處理；2、低成本，利用半導(dǎo)體工藝的光刻技術(shù)（平面工藝）；3、高強(qiáng)度，易于設(shè)計；現(xiàn)在是47頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是48頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是49頁\一共有66頁\編輯于星期三SAW器件的工作原理：通過對在壓電基片上傳播的聲信號進(jìn)行各種處理，并利用聲電換能器的特性來完成的。二、SAW傳感器的基本原理現(xiàn)在是50頁\一共有66頁\編輯于星期三1、SAW叉指換能器的工作原理（a）單指叉指換能器，（b）雙電極叉指換能器。

現(xiàn)在是51頁\一共有66頁\編輯于星期三IDTs的參數(shù)：（1）叉指對數(shù)N；（2）孔徑W(指條長度）；（3）指條寬度a；（4）指條間隔寬度b；（5）叉指的周期M。

均勻叉指換能器的指條寬度等于指條間隔寬度，即a=b=M/4現(xiàn)在是52頁\一共有66頁\編輯于星期三壓電基片內(nèi)出現(xiàn)的電場分布

現(xiàn)在是53頁\一共有66頁\編輯于星期三基片上電極制作流程示意圖。（a）基片前處理；（b）鍍金屬膜；（c）-（d）在金屬層上光刻；（e）金屬層腐蝕；（f）除膠。2、SAW叉指換能器的制備現(xiàn)在是54頁\一共有66頁\編輯于星期三現(xiàn)在是55頁\一共有66頁\編輯于星期三3、SAW傳感器的基本原理SAW傳感器特性SAW傳感器優(yōu)勢現(xiàn)在是56頁\一共有66頁\編輯于星期三三、SAW傳感器的主要應(yīng)用溫度傳感器壓力傳感器濕度傳感器陀螺儀（角速率）氣體(化學(xué))傳感器液體(生物)傳感器壓力檢測溫度檢測電子標(biāo)簽識別物理傳感器無線傳感器化學(xué)、生物傳感器現(xiàn)在是57頁\一共有66頁\編輯于星期三1、SAW溫度傳感器現(xiàn)在是58頁\一共有66頁\編輯于星期三2、SAW壓力傳感器應(yīng)用：在某些心臟肺部驅(qū)動以及一些生物技術(shù)、工藝流程中得到較好的應(yīng)用。現(xiàn)在是59頁\一共有66頁\編輯于星期三4、SAW氣體傳感器現(xiàn)有氣體傳感技術(shù)：現(xiàn)在是60頁\一共有66頁\編輯于星期三結(jié)合敏感膜材料的SAW氣體檢測的基本原理：現(xiàn)