檢測(cè)技術(shù)壓電磁敏傳感器

檢測(cè)技術(shù)壓電磁敏傳感器第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日壓電效應(yīng)（正向壓電效應(yīng)）：對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其表面出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。在外力去除后又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。稱為壓電效應(yīng)。逆向壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）：當(dāng)某晶體沿一定方向受電場(chǎng)作用時(shí)，在一定的晶軸方向?qū)a(chǎn)生機(jī)械變形或應(yīng)力。外加電場(chǎng)消失后，晶體內(nèi)部的應(yīng)力或變形也隨之消失。8.1壓電效應(yīng)第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日壓電材料

具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)材料，如石英晶體，鈦酸鋇，鋯鈦酸鉛等石英晶體：各向異性。縱軸Z（光軸）；X軸（電軸）:經(jīng)過六棱柱棱線并垂直于光軸；Y軸（機(jī)械軸）。第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日沿X軸向受力：（縱向壓電效應(yīng)）沿Y軸向受力：（橫向壓電效應(yīng)）沿Z軸向受力：無電荷產(chǎn)生如果對(duì)石英晶片施加交變電場(chǎng)，將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)（逆壓電效應(yīng)），如超聲波探頭。第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日壓電材料分為：壓電晶體、壓電陶瓷、高分子壓電材料居里點(diǎn)：壓電材料完全喪失壓電性質(zhì)時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度點(diǎn)。（1）石英晶體壓電系數(shù)d11=2.1x10-12C/N居里點(diǎn)：573度機(jī)械性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高。（2）壓電陶瓷：人工合成的多晶體壓電材料，由無數(shù)細(xì)微電疇組成。電疇：自發(fā)極化的小區(qū)域。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多，所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛（PZT）系列，它是鈦酸鉛（PbTiO2）和鋯酸鉛（PbZrO3）組成的（Pb（ZrTi）O3）。居里點(diǎn)在300℃以上，性能穩(wěn)定，有較高的介電常數(shù)和壓電系數(shù)（3）高分子壓電材料如聚二氟乙烯(PVF2)、聚氯乙烯(PVC)等。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日8.2壓電式傳感器的測(cè)量電路壓電傳感器等效電路第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日前置放大器壓電傳感器產(chǎn)生的電荷量很小，而內(nèi)阻又非常大，故其帶負(fù)載能力非常弱。后續(xù)測(cè)量電路必須具有極高的輸入阻抗，因此壓電傳感器通常要先接一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器，作阻抗變換后再進(jìn)行其他變換和處理。前置放大器種類：

電壓放大器、電荷放大器第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日電荷放大器圖8-6電荷放大器原理第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日8.3壓電式傳感器的應(yīng)用壓電式力傳感器可用于測(cè)量動(dòng)態(tài)、短期靜態(tài)的振動(dòng)和沖擊力，機(jī)械結(jié)構(gòu)的拉伸和壓縮力第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日壓電式加速度傳感器主要指標(biāo)：電荷靈敏度：50pC/g頻率范圍：0.2-9000Hz（±10%)安裝諧振點(diǎn):27kHz橫向靈敏度：≤5%副值線性：1500g（±10%)重量：15gm

使用溫度范圍：-40～+150℃安裝螺紋：M5mm內(nèi)部結(jié)構(gòu)：隔離剪切用途：通用測(cè)振第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日第9章磁敏式傳感器主要內(nèi)容：A霍爾傳感器-霍爾效應(yīng)與霍爾元件-參數(shù)及特性-霍爾傳感器應(yīng)用B磁敏電阻第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日9.1霍爾式傳感器（HallSensor)霍爾效應(yīng)

（Halleffect)一半導(dǎo)體薄片，在它兩端通以電流I，在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，則在薄片的另兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成比例的電動(dòng)勢(shì)UH,這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱霍爾電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日霍爾效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理霍爾效應(yīng)是由于運(yùn)動(dòng)的載流子（電子/空穴）受到洛倫茲力作用的結(jié)果。洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。洛倫茲力的方向循右手螺旋定則垂直于v和B構(gòu)成的平面，為由v轉(zhuǎn)向B的右手螺旋的前進(jìn)方向（若q為負(fù)電荷，則反向）。由于洛倫茲力始終垂直于電荷的運(yùn)動(dòng)方向，所以它對(duì)電荷不作功，不改變運(yùn)動(dòng)電荷的速率和動(dòng)能，只能改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向使之偏轉(zhuǎn)。

第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日霍爾電勢(shì)當(dāng)電場(chǎng)力和洛侖茲力相等時(shí)，電子積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)形成的電位差就是霍爾電勢(shì)UH。由于半導(dǎo)體材料的電阻率及遷移率都很大，故霍爾系數(shù)很大，適合制作霍爾元件第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日霍爾元件的靈敏度KHKH=RH/d則UH=KHIB(霍爾電勢(shì)的大小正比于激勵(lì)電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的成績(jī)）霍爾元件的主要特性參數(shù)：（1）額定激勵(lì)電流IH（2）靈敏度KH（3）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro（4）不等位電勢(shì)U0和不等位電阻r0（5）霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)和（6）內(nèi)阻溫度系數(shù)第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日9.2霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾元件根據(jù)其輸出特性分為線性輸出型和開關(guān)輸出型兩種。1）霍爾線性輸出傳感器,廣泛用于磁場(chǎng)檢測(cè)，無刷直流電機(jī)控制等場(chǎng)合。A1301(Allegro公司）第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日例2單片霍爾式電流傳感器Allegromicro公司ACS系列霍爾式電流傳感器不同系列量程在20A～100A不等第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日開關(guān)量輸出型霍爾傳感器例3：A1101系列霍爾開關(guān)式傳感器應(yīng)用電路第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日霍爾傳感器的應(yīng)用1）保持激勵(lì)電流I不變，使磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化，用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度（高斯計(jì)），微位移，轉(zhuǎn)速等2）保持B不變，而激勵(lì)電流變化，用于測(cè)量電流、電壓3）當(dāng)B和I都變化時(shí)，傳感器輸出與兩者的成績(jī)成正比，用于乘法器、功率測(cè)量等。第二十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日磁敏電阻磁