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1、,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,College of Automation and Electrical Engineering,授课教师：王轶卿,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,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,2.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,3.高分
2、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,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,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,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,+ + + +
3、 + +,+ + + + + +,+ + + + + +,_ _ _ _ _ _,_,_,_,_ _ _ _ _ _,_ _ _ _ _ _,_ _ _ _ _ _,+ + + + + +,+,+,+,高分子压电材料的特性,高分子材料,极化电压电场1040kV/m80100oC3060min,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,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,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,逆压电效应：,去掉交变电场,电致伸缩效应,施加交变电
4、场,产生机械振动,振动消失,5.压电效应逆压电效应,高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应）,压电效应： 电介质材料中机械能与电能,压电效应小结,互换,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,高内阻,电荷源特点：高内阻,测量电路须具备两个作用：,二、压电传感器的测量电路,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,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
5、,前沿科技与网络拓展阅读,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,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,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,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,1015KHz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,玻璃破碎传
6、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：1020 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：0.56S工作温度：-20oC+55oC重量：26g,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,压电式周界报警系统,高分子压电材料的其它应用,脉搏计数探测,
7、振动、冲击、碰撞报警,振动加速度测量,管道压力波动,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,重点回顾,原理 压电效应特点 动态力，定性分析,可逆,压电陶瓷传感器 定量测量,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,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,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http:/,欢迎各位专家批评与指导！,
