生物醫(yī)學(xué)傳感壓電式資料大全

生物醫(yī)學(xué)傳感壓電式第一頁(yè)上次課內(nèi)容回顧自感式傳感器差動(dòng)變壓器式傳感器電渦流式傳感器第二頁(yè)8/7/20242

§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(cè)量電路壓電傳感器的應(yīng)用第三頁(yè)8/7/20243一、壓電效應(yīng)第四頁(yè)8/7/20244第五頁(yè)8/7/20245重要特性（雙向有源器件）何為壓電式傳感器?第六頁(yè)8/7/20246二、壓電材料：具有壓電效應(yīng)的材料第七頁(yè)8/7/20247納米發(fā)電機(jī)第八頁(yè)8/7/20248高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜

第九頁(yè)8/7/20249第十頁(yè)8/7/202410⑴石英晶體的壓電效應(yīng)天然形成的石英晶體外形第十一頁(yè)8/7/202411石英晶體三個(gè)晶軸光軸：z

電軸：x

機(jī)械軸：y第十二頁(yè)8/7/202412石英晶體的產(chǎn)生壓電效應(yīng)的物理過程：第十三頁(yè)8/7/202413Y+++---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第十四頁(yè)8/7/202414（P1+P2+P3）X<0（P1+P2+P3）Y=0（P1+P2+P3）Z=0(c)FX>0Y+++--X-+++－－－FXFXP2P3P1+－第十五頁(yè)8/7/202415第十六頁(yè)8/7/202416石英晶體切片石英晶體薄片雙面鍍銀并封裝第十七頁(yè)8/7/202417第十八頁(yè)8/7/202418（2）壓電陶瓷的壓電效應(yīng)第十九頁(yè)8/7/202419第二十頁(yè)8/7/202420第二十一頁(yè)8/7/202421第二十二頁(yè)8/7/202422三、壓電方程或第二十三頁(yè)8/7/202423第二十四頁(yè)8/7/202424F1XY++++－－－－F1F1<0+++---P1P2P31、縱向效應(yīng)傳感器2、橫向效應(yīng)傳感器

第二十五頁(yè)8/7/202425四、等效電路與測(cè)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(shí)，則兩極板呈現(xiàn)一定的電壓，其大小為：理想等效電路：第二十六頁(yè)8/7/202426QCtUaUa＝Q/CaQ＝UaCaCa（a）電壓等效電路（b）電荷等效電路第二十七頁(yè)8/7/202427電荷型電壓型

壓電傳感器實(shí)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第二十八頁(yè)8/7/202428【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(duì)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(shí)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(shí)連接電纜的電容為Cc=4pF，該壓電元件的輸出電壓值為多大？第二十九頁(yè)8/7/202429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(cè)量電路

壓電式傳感器的前置放大器有兩個(gè)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(hào)第三十頁(yè)8/7/202430

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：第三十一頁(yè)8/7/202431電荷放大器是一個(gè)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(shí)：靈敏度與電纜電容無關(guān)第三十二頁(yè)8/7/202432五、壓電傳感器的應(yīng)用1、壓電式加速度傳感器第三十三頁(yè)8/7/2024332、

壓電式壓力傳感器第三十四頁(yè)8/7/202434流量顯示1789輸出信號(hào)換能器換能器接收接收發(fā)射發(fā)射壓電式流量計(jì)3、

壓電式流量計(jì)第三十五頁(yè)8/7/2024354、

壓電式傳感器的其他應(yīng)用第三十六頁(yè)8/7/202436第三十七頁(yè)8/7/202437第三十八頁(yè)8/7/202438汽車安全氣囊系統(tǒng)事故性碰撞：點(diǎn)火信號(hào)、電點(diǎn)火管、氣體發(fā)生劑、氣體、充氣、彈性體第三十九頁(yè)8/7/202439壓電式血壓傳感器指套式電子血壓計(jì)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)管壓電微音器第四十頁(yè)8/7/202440作業(yè)：超聲多普勒血流記第四十一頁(yè)8/7/202441§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)用第四十二頁(yè)8/7/202442一、聲表面波的基本原理1.聲表面波簡(jiǎn)介第四十三頁(yè)8/7/202443瑞利波示意圖

瑞利波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)隨深度的變化

瑞利波（Rayleigh波）

第四十四頁(yè)8/7/202444勒夫波（Lovewaves）

第四十五頁(yè)8/7/2024452.聲表面波的發(fā)展第四十六頁(yè)8/7/2024463.聲表面波的技術(shù)特點(diǎn)4、聲表面波器件可以十分方便地產(chǎn)生高頻信號(hào)；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(jì)；第四十七頁(yè)8/7/202447第四十八頁(yè)8/7/202448第四十九頁(yè)8/7/202449SAW器件的工作原理：通過對(duì)在壓電基片上傳播的聲信號(hào)進(jìn)行各種處理，并利用聲電換能器的特性來完成的。二、SAW傳感器的基本原理第五十頁(yè)8/7/2024501、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。

第五十一頁(yè)8/7/202451IDTs的參數(shù)：（1）叉指對(duì)數(shù)N；（2）孔徑W(指條長(zhǎng)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第五十二頁(yè)8/7/202452壓電基片內(nèi)出現(xiàn)的電場(chǎng)分布

第五十三頁(yè)8/7/202453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叉指換能器的制備第五十四頁(yè)8/7/202454第五十五頁(yè)8/7/2024553、SAW傳感器的基本原理SAW傳感器特性SAW傳感器優(yōu)勢(shì)第五十六頁(yè)8/7/202456三、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(cè)溫度檢測(cè)電子標(biāo)簽識(shí)別物理傳感器無線傳感器化學(xué)、生物傳感器第五十七頁(yè)8/7/2024571、SAW溫度傳感器第五十八頁(yè)8/7/2024582、SAW壓力傳感器應(yīng)用：在某些心臟肺部驅(qū)動(dòng)以及一些生物技術(shù)、工藝流程中得到較好的應(yīng)用。第五十九頁(yè)8/7/2024594、SAW氣體傳感器現(xiàn)有氣體傳感技術(shù)：第六十頁(yè)8/7/202460（1）叉指對(duì)數(shù)N；三、SAW傳感器的主要應(yīng)用把傳感器的高輸出阻抗換成低阻抗輸出；8N的壓力作用時(shí)壓電片兩電極間輸出電壓值為多大？(c)FX>0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、超聲顯微鏡等等二、SAW傳感器的工作原理（c）-（d）在金屬層上光刻；4、

壓電式傳感器的其他應(yīng)用3、SAW傳感器的基本原理一、聲表面波的基本原理電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比。基片上電極制作流程示意圖。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；應(yīng)用：在某些心臟肺部驅(qū)動(dòng)以及一些生物技術(shù)、工藝流程中得到較好的應(yīng)用。結(jié)合敏感