第6章壓電式傳感器醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第1頁等效電路及測量電路1.2第6章壓電式傳感器壓電效應(yīng)及材料6.16.26.3壓電傳感器應(yīng)用醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第2頁第一節(jié)壓電效應(yīng)

一些電介質(zhì),當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí),其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象（內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移）,同時(shí)在它兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號相反電荷,當(dāng)外力去掉后,其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)?？闯捎昧Ψ较蚋淖儠r(shí),電荷極性也隨之改變。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能現(xiàn)象,稱為“正壓電效應(yīng)”。壓電效應(yīng)醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第3頁壓電效應(yīng)--定義一些電介質(zhì)（晶體），當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號相反電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。

醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第4頁壓電效應(yīng)--分類正壓電效應(yīng)：看成用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨之改變，常把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能現(xiàn)象稱正壓電效應(yīng)（或順壓電效應(yīng)）。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會在產(chǎn)生幾何變形，當(dāng)外加電場

撤去時(shí)，這些變形也隨之消失，這種將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng)（或稱電致伸縮效應(yīng)）。

醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第5頁壓電效應(yīng)含有可逆性，利用這一特征能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換。

壓電效應(yīng)--特征壓電元件機(jī)械能電能逆壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第6頁醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第7頁醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第8頁醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第9頁醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第10頁壓電晶體：如石英等；壓電陶瓷：如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；新型壓電材料：壓電半導(dǎo)體(如硫化鋅、碲化鎘等)

高分子壓電材料。自然界中大多數(shù)晶體都含有壓電效應(yīng),但壓電效應(yīng)十分微弱

壓電材料--分類分類

含有壓電效應(yīng)材料稱為壓電材料。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第11頁石英是單晶體，含有規(guī)則幾何外形，其形狀為六角形晶柱，兩端呈六棱錐形狀。二、石英晶體醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第12頁Z軸(光軸），是晶體對稱軸，用光學(xué)方法確定，作為基準(zhǔn)軸。X軸(電軸)，經(jīng)過正六棱柱相正確兩個(gè)棱線，且垂直于光軸，該軸壓電效應(yīng)最顯著。Y軸(機(jī)械軸)，垂直于兩個(gè)相正確表面，在此軸上加力產(chǎn)生變形最大。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第13頁石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理石英晶體：SiO2代表硅離子Si4++“

”代表硅離子

2O2–_“

”當(dāng)石英晶體沒有受到外力作用時(shí)：正負(fù)電荷中心重合晶體表面不產(chǎn)生電荷，呈電中性。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第14頁1.當(dāng)石英晶體在X軸方向上受到壓力時(shí)：結(jié)果：A面上展現(xiàn)負(fù)電荷B面上展現(xiàn)正電荷這種沿X軸施加力，而在垂直于X軸晶面上產(chǎn)生電荷現(xiàn)象，就是“縱向壓電效應(yīng)”。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第15頁2.當(dāng)石英晶體在Y軸方向上受到壓力時(shí)：結(jié)果：A面上展現(xiàn)正電荷B面上展現(xiàn)負(fù)電荷這種沿Y軸施加力，而在垂直于X軸晶面上產(chǎn)生電荷現(xiàn)象，就是“橫向壓電效應(yīng)”。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第16頁3.當(dāng)石英晶體在Z軸方向上受到壓力時(shí)：正負(fù)電荷一直中心重合，所以晶體表面無電荷產(chǎn)生。沿Z軸方向施加外力，石英晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第17頁縱向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第18頁表面電荷計(jì)算問題有一石英晶體，其長度為5mm，寬度為4mm，厚度為10mm，當(dāng)受到壓力P=10MPa作用時(shí)，求在縱向壓電效應(yīng)壓縮力作用下產(chǎn)生電荷量。（d=2.31PC/N）xbzyac醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第19頁xbzyac當(dāng)沿X軸施加作用力時(shí)，晶片產(chǎn)生厚度變形，并在與x軸垂直平面上產(chǎn)生電荷，且電荷密度與應(yīng)力成正比：——x軸方向受力壓電系數(shù)；醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第20頁xbzyac沿y軸施加作用力時(shí)，晶片產(chǎn)生長度變形，并在與x軸垂直平面上產(chǎn)生電荷，且電荷密度與應(yīng)力成正比：——y軸方向受力壓電系數(shù)；晶片厚度醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第21頁結(jié)論：①當(dāng)晶片受到x方向壓力作用時(shí)，qx只與作用力Fx

成正比，而與晶片尺寸無關(guān)；②沿機(jī)械軸y方向向晶片施加壓力時(shí)，產(chǎn)生電荷與

幾何尺寸相關(guān)；③石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)；④晶體在哪個(gè)方向上有正壓電效應(yīng)，則在此方向上一定存在逆壓電效應(yīng)；⑤不論是正或逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與電荷之間皆呈線性關(guān)系。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第22頁壓電陶瓷是人工制造多晶壓電材料，它比石英晶體壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，所以當(dāng)前國內(nèi)外生產(chǎn)壓電元件絕大多數(shù)都采取壓電陶瓷。慣用壓電陶瓷材料有鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）及非鉛系壓電陶瓷（如BaTiO3等）。壓電陶瓷產(chǎn)品壓電陶瓷壓電效應(yīng)醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第23頁壓電陶瓷：屬于鐵電體一類物質(zhì),是人工制造多晶體壓電材料,含有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)電疇結(jié)構(gòu)

電疇:

分子自發(fā)形成區(qū)域,有一定極化方向,從而存電場①未加電場∴原始壓電陶瓷內(nèi)呈中性不含有壓電性質(zhì)。

在無電場作用時(shí)，電疇在晶體中雜亂分布它們極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第24頁

壓電陶瓷是人工多晶鐵電體，原始壓電陶瓷展現(xiàn)各向同性不含有壓電性。在無外電場作用時(shí)，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。所以原始壓電陶瓷呈中性，不含有壓電性質(zhì)。

a)極化前b)極化c)極化后醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第25頁②加電場

施加外電場時(shí)，電疇極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向外電場方向排列。從而使材料得到極化。外電場愈強(qiáng)，就有更多電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向。當(dāng)外電場強(qiáng)度大到使材料極化到達(dá)飽和程度，即極化方向都整齊地與外電場方向一致，當(dāng)外電場去掉后電疇極化方向基本不變，即剩下極化強(qiáng)度很大。∴壓電陶瓷極化后含有壓電特征未極化時(shí)是非壓電體醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第26頁(a)極化處理前剩下極化強(qiáng)度剩下伸長(c)極化處理后直流電場E電場作用下伸長(b)極化處理中醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第27頁因?yàn)榻?jīng)過極化處理壓電陶瓷其內(nèi)部極化強(qiáng)度不為0，即在陶瓷一端出現(xiàn)正束縛電荷，另一端出現(xiàn)負(fù)束縛電荷。因?yàn)槭`電荷作用，在陶瓷片電極面上吸附了一層來自外界自由電荷。這些自由電荷與陶瓷片內(nèi)束縛電荷符號相反而數(shù)量相等。所以整體上表現(xiàn)為電中性。－－－－－

－－－－－

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附自由電荷示意圖醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第28頁假如在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向平行壓力F，如圖，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮形變，片內(nèi)正、負(fù)束縛電荷之間距離變小，極化強(qiáng)度也變小。所以，原來吸附在電極上自由電荷，有一部分被釋放，而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)正、負(fù)電荷之＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋

極化方向正壓電效應(yīng)示意圖（實(shí)線代表形變前情況，虛線代表形變后情況）F－＋

間距離變大，極化強(qiáng)度也變大，所以電極上又吸附一部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔墁F(xiàn)象，就是正壓電效應(yīng)。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第29頁

d33—壓電陶瓷壓電系數(shù)F—作用力晶體極化后，沿極化方向（垂直極化平面）作用力時(shí)，引發(fā)剩下極化強(qiáng)度改變，在極化面上產(chǎn)生電荷，電荷量大小與外力成正比關(guān)系：d33>>d11、d12

∴壓電陶瓷制作傳感器靈敏度比壓電晶體高醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第30頁醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第31頁一樣，若在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向相同電場，如圖，因?yàn)殡妶龇较蚺c極化強(qiáng)度方向相同，所以電場作用使極化強(qiáng)度增大。這時(shí)，陶瓷片內(nèi)正負(fù)束縛電荷之間距離也增大，就是說，陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長形變。同理，假如外加電場方向與極化方向相反，則陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生縮短形變。－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－極化方向電場方向Ｅ

這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能現(xiàn)象，就是逆壓電效應(yīng)。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第32頁醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第33頁種類：壓電單晶體，如石英等；壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；壓電半導(dǎo)體，如硫化鋅、碲化鎘等。對壓電材料特征要求：①轉(zhuǎn)換性能。要求含有較大壓電常數(shù)。②機(jī)械性能。希望它機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大，以期取得寬線性范圍和高固有振動頻率。③電性能。希望含有高電阻率和大介電常數(shù)，以減弱外部分布電容影響并取得良好低頻特征。④環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求含有較高居里點(diǎn)，取得較寬工作溫度范圍。⑤時(shí)間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時(shí)間改變。

壓電材料醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第34頁一、等效電路

壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為電介質(zhì)電容器，其電容量為

式中：ε0為真空介電常數(shù)；ε為壓電材料相對介電常數(shù)；d為壓電元件厚度；A為壓電元件極板面積。

第二節(jié)等效電路和測量電路醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第35頁當(dāng)壓電晶體在外力作用下，其兩個(gè)極面上將出現(xiàn)極性相反電量相等電荷∴壓電傳感器能夠看作電荷發(fā)生器,圖(a)同時(shí),它也是一個(gè)電容器,晶體上聚集正、負(fù)電荷兩表面相當(dāng)于電容兩個(gè)極板,極板間物質(zhì)等效于一個(gè)介質(zhì),圖(b)＋＋＋＋

――――

q電極壓電晶體(a)

壓電傳感器等效原理qCa(b)醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第36頁當(dāng)兩極板聚集異性電荷時(shí),則兩極板展現(xiàn)一定電壓,大小為＋＋＋＋

――――

q電極壓電晶體(a)

壓電傳感器等效原理qCa(b)A、d-壓電片面積、厚度ε0(=1/3.6

π)、εr-真空、壓電材料相對介電常數(shù)電容量醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第37頁（a）等效電壓源一個(gè)與電容相串聯(lián)電壓源（b）等效電荷源

Caua（a）電壓源qCa（b）電荷源

一個(gè)與電容相并聯(lián)電荷源電壓靈敏度

電荷靈敏度

二者關(guān)系醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第38頁壓電傳感器完整等效電路（a）電壓源;（b）電荷源壓電傳感器與測量儀表聯(lián)接時(shí)，還必須考慮電纜電容CC，前置放大器輸入電阻Ri和輸入電容Ci以及傳感器絕緣電阻Ra。壓電傳感器完整等效電路可表示成圖所表示。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第39頁只有當(dāng)壓電傳感器內(nèi)部信號電荷無漏損或外接電路負(fù)載RL無窮大時(shí),壓電傳感器受力后產(chǎn)生電壓或電荷才能長久保留,不然電路將以某時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電對于靜態(tài)、低頻測量極為不利,必定帶來誤差只有外力不停以較高頻率作用,傳感器電荷才能得以補(bǔ)充,壓電晶體不適合于靜態(tài)測量在實(shí)際使用時(shí)壓電傳感器總要與測量儀器或測量電路相連接，需考慮壓電傳感器泄漏電阻、連接電纜等效電容、前置放大器輸入電阻和輸入電容等思索：壓電晶體不適合于靜態(tài)測量？醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第40頁二、測量電路

壓電傳感器要求測量電路前級輸入端要有足夠高阻抗，這么才能預(yù)防電荷快速泄漏而使測量誤差變大。壓電傳感器前置放大器有兩個(gè)用處：一是把傳感器高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器微弱信號進(jìn)行放大。

∵傳感器內(nèi)阻很大,而輸出信號較小,普通不能直接取用∴需要接入高輸入阻抗前置放大器醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第41頁依據(jù)壓電傳感器等效電路可知，傳感器輸出能夠是電壓信號，也能夠是電荷信號∴有對應(yīng)兩種形式（1）電壓放大器：也稱作阻抗變換器，其輸出電壓與輸入電壓（傳感器輸出電壓）成正比（2）電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比

醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第42頁（一）電壓放大器（1）電路原理圖等效電阻等效電容圖6-9電壓放大器電路原理及其等效電路圖

等效電路放大器電路傳感器泄漏電阻Re；連接電纜等效電容Ce；前置放大器輸入電阻Ri；輸入電容Ci電容器上電壓

ua=q/Ca醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第43頁f=Fmsinωt（Fm為幅值）假如壓電元件沿電軸為正弦作用力改變，產(chǎn)生電荷與電壓也按正弦改變，即Um=dFm/Ca

壓電元件輸出電壓幅值

d—壓電系數(shù)等效電路放大器電路醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第44頁Ui幅值Uim為

.等效電路放大器電路（2）放大器輸入端電壓Ui分析醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第45頁輸入電壓和作用力之間相位差為

Ui幅值Uim為

.看成用于壓電元件力為靜態(tài)力（ω=0）時(shí)，前置放大器輸出電壓等于零，因?yàn)殡姾蓵?jīng)過放大器輸入電阻和傳感器本身漏電阻遺漏，所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)力測量。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第46頁

由上式能夠看出放大器輸入電壓幅度與被測頻率無關(guān)，當(dāng)改變連接傳感器與前置放大器電纜長度時(shí)，Cc將改變，從而引發(fā)放大器輸出電壓也發(fā)生改變。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常把電纜長度定為一常數(shù)，使用時(shí)如要改變電纜長度，則必須重新校正電壓靈敏度值。電壓靈敏度理想情況下，傳感器電阻值Re與前置放大器輸入電阻Ri都為無限大，即ω(Ca+Ce+Ci

)R>>1，則輸入電壓幅值Uim

：醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第47頁結(jié)論：理想情況下，輸入電壓幅值

（a）當(dāng)ω/ω0>3時(shí)，Uim與Fω?zé)o關(guān)，高頻響應(yīng)特征很好（c）當(dāng)ω(Ca+Ce+Ci)R>>1，改變壓電傳感器引線電纜長度時(shí)，其電纜電容Ce改變將引發(fā)放大器Uim變化∴測量中通常電纜長度需固定(Ce=常數(shù))，不然將引入測量誤差（d）電壓靈敏度Ku

（b）當(dāng)為靜態(tài)力時(shí)(ω=0)時(shí)，前置放大器輸出電壓=0

所以壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第48頁（二）電荷放大器為處理電纜分布電容對傳感器靈敏度影響和低頻響應(yīng)差缺點(diǎn)，可采取電荷放大器。

電荷放大器含有深度負(fù)反饋高增益放大器，常作為壓電傳感器輸入電路，由一個(gè)反饋電容Cf和高增益運(yùn)算放大器A組成。因?yàn)榉糯笃鏖_環(huán)增益A足夠大，而且輸入端阻抗很高，放大器輸入端幾乎沒有分流，運(yùn)算電流僅流入反饋回路Cf。圖6-10電荷放大器等效電路f醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第49頁輸入到放大器電荷量為A:放大器開環(huán)增益倍數(shù)輸出電壓

放大器輸入電荷而反饋電容Cf上電荷有

代入醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第50頁當(dāng)A>>1，而(1+A)Cf>>Ca+Cc+Ci時(shí)，上式簡化為

q：傳感器電荷整理,得放大器輸出電壓醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第51頁(a)當(dāng)A足夠大時(shí)，輸出電壓與A無關(guān)，電荷放大器輸出電壓uo取決于傳感器產(chǎn)生電荷量q及反饋電容Cf

，與電纜電容Cc無關(guān)，改變Cf大小便可得到所需電壓輸出（Cf

=100~104pF；）(b)傳感器本身電容Ca和電纜電容Cc將不影響電荷放大器輸出，故電纜引線長度改變不會帶來測量誤差輸出電壓uo醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第52頁使用電壓放大器時(shí)，測量系統(tǒng)對電纜電容改變很敏感，連接電纜長度改變顯著影響測量系統(tǒng)輸出；使用電荷放大器時(shí)，電纜長度改變影響幾乎可忽略不計(jì)。但與電壓放大器相比，電荷放大器價(jià)格要高很多，電路也較復(fù)雜，調(diào)整起來也較困難。電壓放大器和電荷放大器主要區(qū)分：醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第53頁【例】如圖所表示電荷前置放大器電路。已知Ca=100pFRa=∞，CF=10pF。若考慮引線Cc影響，當(dāng)A0＝104時(shí)要求輸出信號衰減小于1％。求：使用90pF/m電纜其最大允許長度為多少?醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第54頁

在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)閱纹敵鲭姾珊苄?，所以，組成壓電式傳感器晶片不止一片，經(jīng)常將兩片或兩片以上晶片粘結(jié)在一起。粘結(jié)方法有兩種，即并聯(lián)和串聯(lián)。（三）壓電傳感器級聯(lián)方式醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第55頁并聯(lián)方法兩片壓電晶片負(fù)電荷集中在中間電極上，正電荷集中在兩側(cè)電極上，傳感器電容量大、輸出電荷量大、時(shí)間常數(shù)也大，故這種傳感器適合用于測量緩變信號及電荷量輸出信號。(a)并聯(lián)++－－－+醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第56頁串聯(lián)方法正電荷集中于上極板，負(fù)電荷集中于下極板，傳感器本身電容量小、響應(yīng)快、輸出電壓大，故這種傳感器適合用于測量以電壓作輸出信號和頻率較高信號。(b)串聯(lián)+－－+醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第57頁并聯(lián)連接串聯(lián)連接（1）并聯(lián)：（2）串聯(lián)：醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第58頁壓電式傳感器可用于力、壓力、速度、加速度、振動等許多非電量測量，可做成力傳感器、壓力傳感器、振動傳感器等等。一、壓電式測力傳感器

壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換傳感器。當(dāng)前，測力傳感器已組成各種錘頭型測力錘，可測量動態(tài)力、準(zhǔn)靜態(tài)力和沖擊力等。壓電式力傳感器外形圖第三節(jié)壓電傳感器應(yīng)用醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第59頁壓電式力傳感器結(jié)構(gòu)傳感器上蓋為傳力元件，它外緣壁厚為0.1～0.5mm，外力作用使它產(chǎn)生彈性變形，將力傳遞到石英晶片上。利用其縱向壓電效應(yīng)，經(jīng)過d11實(shí)現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第60頁經(jīng)過彈性膜、盒等，把壓力搜集，轉(zhuǎn)換成力，再傳遞給壓電元件。為確保靜態(tài)特征及其穩(wěn)定性，通常多采取石英晶體作壓電元件。引線殼體基座壓電晶片受壓膜片導(dǎo)電片p醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第61頁二、壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)當(dāng)加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時(shí)，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力F作用，產(chǎn)生電荷。

q=d11F=d11ma醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第62頁例1：在體育動態(tài)測量中應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺壓電式縱跳訓(xùn)練分析裝置壓電傳感器測量雙腿跳動態(tài)力醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第63頁例2：壓電式血壓傳感器例3：指套式電子血壓計(jì)醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第64頁

測量時(shí)將心音傳感器底座用橡皮膏與人體體表粘結(jié)，傳感器感受與人體體表相同頻率振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度交變力作用在壓電晶體上，壓電晶體便產(chǎn)生電荷。心音是一個(gè)生物機(jī)械振動現(xiàn)象，加速度型心音傳感器是將一個(gè)質(zhì)量塊以一定預(yù)應(yīng)力安裝在雙壓電晶體上，壓電晶體和導(dǎo)線都用導(dǎo)電膠粘結(jié)在底座上。例4：加速度型心音傳感器醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第65頁例5：微重力壓電晶體生物傳感器石英晶體諧振頻率極大地依賴于晶體以及涂層組合質(zhì)量。石英傳感器，其表面吸附被分析物質(zhì)而引發(fā)諧振頻率改變關(guān)系為：利用這一原理可對溶液中許多化合物，經(jīng)過電極上電解沉淀進(jìn)行測量，比如監(jiān)測微生物生長率，該方法當(dāng)濃度在范圍內(nèi)，有很好線性。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第66頁例6：超聲診療儀探頭假如換能器中壓電陶瓷振蕩頻率在超聲波范圍，則其發(fā)射或接收聲頻信號即為超聲波，這么換能器稱為壓電超聲換能器。醫(yī)用傳感器壓電式傳感器專家講座第67頁

轉(zhuǎn)動凸輪開關(guān)1，利用凸輪凸出部分推進(jìn)沖擊塊3，并壓縮沖擊塊后彈簧2。當(dāng)凸輪凸出部分脫離沖擊塊后。因?yàn)閺椈蓮椓ψ饔?，沖擊塊給陶瓷壓電元件4一個(gè)沖擊力，便在壓電元件兩