单元五任务二压电传感器2
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2015/8/23 26
答案： 当励磁线圈接到 10Hz 左右的交流激励源 u i 上 时，电磁铁心产生20Hz （两倍的激励频率）的交 变 振动 ，并对 悬臂梁产生交变吸力。由于它的 上端被固定，所以它将带动振动板在粘性液体里 来回振动。 液体的粘性越大，对振动板的阻力就越大，振 动板的振幅就越小，所以它的振动加速度就越小， 因此质量块对压电片所施加的惯性力也就越小， 压电片的输出电荷量Q或电压uo也越小，压电片 的输出电压反映了液体的粘度。
答案： 105 km/h、4.4m 载重量m与车速无关，与压电电缆输出信号 的幅度成正比。
2015/8/23 30
2015/8/23 13
2015/8/23
14
4. 压电式玻璃破碎报警装置
将高分子压电测
振薄膜粘贴在玻璃上，
可以感受到玻璃破碎
时会发出的振动，并 将电压信号传送给集 中报警系统。
粘贴 位置
2015/8/23
高分子材料一般做定性的测量
15
高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器
将厚约 0.2mm 左右的 PVDF 薄膜裁制成1020mm大小。在它 的正反两面各喷涂透明的二氧化 锡导电电极，再用超声波焊接上 两根柔软的电极引线。并用保护 膜覆盖。 质量块 使用时，用瞬干胶将其粘 贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎 的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振 动，表面产生电荷Q ，在两个 输出引脚之间产生窄脉冲报警信 号。
2015/8/23 27
请你做一做
两根高分子压电电缆相距2m，平行埋设于柏油公 路的路面下约5cm，如下图所示。它可以用来测量车 速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案 数据，判定汽车的车型。
2015/8/23
28
高分子压电电缆用于公路 智能交通监测演示
2015/8/23
29
1）估算车速为多少km/h? 2）估算汽车wk.baidu.com后轮间距d 3）说明载重量m以及车速v与A、B压电电 缆输出信号波形的关系。
2015/8/23 16
2015/8/23
17
本报警器感应片很小而且透明，不易察觉，所 以安装在贵重物品柜台、展览橱窗、博物馆及 家庭等玻璃窗角落。
2015/8/23 18
5.交通监测
将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息 （包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地 磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监 控）及机场滑行道等。
2015/8/23 9
2015/8/23
10
3.压电式加速度传感器
2015/8/23
11
压电式加速度传 感器结构外形
横向振动 测振器
纵向振动 测振器
2015/8/23
12
压电振动加速度传感器的性能指标
（以某小型“内装IC的压电加速度传感器”为例）
技术指标： 灵敏度：500mV/g 量程：10g 频率范围：4-4000Hz 安装谐振点:15kHz 分辨力：0.00004g 重量：40g 安装螺纹：M5 mm 线性：≤1%
泥土的浅表层，可起分布 式地下麦克风或听音器的 作用，可在几十米范围内 探测人的步行, 对轮式或履
带式车辆也可以通过信号
处理系统分辨出来。右图 为测量系统的输出波形。
2015/8/23 21
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23
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（三）影响压电式传感器工作的主要因素 1. 2. 3. 4. 横向灵敏度 环境温度和湿度 安装差异及基座应变 噪声等
2015/8/23 3
1、压电式测力传感器
2015/8/23
4
压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切
削力的测量
2015/8/23
5
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6
2015/8/23
7
压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用
压电传感器测量 双腿跳的动态力
压电式步态 分析跑台 压电式纵跳 训练分析装置
2015/8/23 8
思考： 如何动手设计声振 动传感器的电子狗。
2015/8/23
25
请你做一做
如图是振动式粘度计的原理示意图。导磁的悬臂梁 6 与铁心 3 组成激振器。压电片 4 粘贴于悬臂梁上，振 动板 7 固定在悬臂梁的下端，并插入到被测粘度的粘 性液体中。请分析该粘度计的工作原理
1.交流励磁电源 2.励磁线圈 3.电磁铁心 4.压电片 5.质量块 6.悬臂梁 7.振动板 8.粘性液体 9.容器
三、相关技能 （一）压电传感器基本结构和应用特点 （1）基座和外壳 （2）压电元件 （3）敏感元件 （4）预载件 （5）引线及接插件用以与外接电缆连接。
（请同学们自主学习本内容）
2015/8/23 1
目前压电式传感器应用最多的仍是测力，尤其是 对冲击、振动加速度的测量。迄今在众多型式的测振 传感器中，压电加速度传感器占80%以上。 基于逆压电效应的超声波发生器(换能器)是超声检测 技术及仪器的关键器件。此外，逆压电效应还可作力 和运动(位移、速度、加速度 )发生器――压电驱动器。 利用压电陶瓷的逆压电效应来实现微位移，可不必 像传统的传动系统那样，须通过机械传动机构把转动 变为直线运动，从而避免了机构造成的误差；而且具 有位移分辩力极高(可达10-3μm级)，结构简单，尺寸 小，发热少，无杂散磁场和便于遥控等特点。
2015/8/23 19
高分子压电 电缆的应用 演示
将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路 的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据
存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。
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其他应用：压电式周界报警系统
（用于重要位置出入口、周界安全防护等）
将长的压电电缆埋在
2.压电式压力传感器 当膜片受到压力F作用后，在压电晶片表面上 产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为：
应用范围：压电式压力传感器体积小，结构简单，工 作可靠；测量范围宽，可测100MPa以下的压力；测 量精度较高；频率响应高，可达30kHz，是动态压力 检测中常用的传感器，但由于压电元件存在电荷泄漏， 故不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。
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（二）压电传感器的应用
由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有
在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具
有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因
此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在
交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给 测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量 （一般必须高于100Hz，但在50kHz以上时，灵敏 度下降）。
答案： 当励磁线圈接到 10Hz 左右的交流激励源 u i 上 时，电磁铁心产生20Hz （两倍的激励频率）的交 变 振动 ，并对 悬臂梁产生交变吸力。由于它的 上端被固定，所以它将带动振动板在粘性液体里 来回振动。 液体的粘性越大，对振动板的阻力就越大，振 动板的振幅就越小，所以它的振动加速度就越小， 因此质量块对压电片所施加的惯性力也就越小， 压电片的输出电荷量Q或电压uo也越小，压电片 的输出电压反映了液体的粘度。
答案： 105 km/h、4.4m 载重量m与车速无关，与压电电缆输出信号 的幅度成正比。
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4. 压电式玻璃破碎报警装置
将高分子压电测
振薄膜粘贴在玻璃上，
可以感受到玻璃破碎
时会发出的振动，并 将电压信号传送给集 中报警系统。
粘贴 位置
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高分子材料一般做定性的测量
15
高分子压电材料制作的玻璃打碎传感器
将厚约 0.2mm 左右的 PVDF 薄膜裁制成1020mm大小。在它 的正反两面各喷涂透明的二氧化 锡导电电极，再用超声波焊接上 两根柔软的电极引线。并用保护 膜覆盖。 质量块 使用时，用瞬干胶将其粘 贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎 的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振 动，表面产生电荷Q ，在两个 输出引脚之间产生窄脉冲报警信 号。
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请你做一做
两根高分子压电电缆相距2m，平行埋设于柏油公 路的路面下约5cm，如下图所示。它可以用来测量车 速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案 数据，判定汽车的车型。
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高分子压电电缆用于公路 智能交通监测演示
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1）估算车速为多少km/h? 2）估算汽车wk.baidu.com后轮间距d 3）说明载重量m以及车速v与A、B压电电 缆输出信号波形的关系。
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本报警器感应片很小而且透明，不易察觉，所 以安装在贵重物品柜台、展览橱窗、博物馆及 家庭等玻璃窗角落。
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5.交通监测
将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息 （包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地 磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监 控）及机场滑行道等。
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3.压电式加速度传感器
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压电式加速度传 感器结构外形
横向振动 测振器
纵向振动 测振器
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压电振动加速度传感器的性能指标
（以某小型“内装IC的压电加速度传感器”为例）
技术指标： 灵敏度：500mV/g 量程：10g 频率范围：4-4000Hz 安装谐振点:15kHz 分辨力：0.00004g 重量：40g 安装螺纹：M5 mm 线性：≤1%
泥土的浅表层，可起分布 式地下麦克风或听音器的 作用，可在几十米范围内 探测人的步行, 对轮式或履
带式车辆也可以通过信号
处理系统分辨出来。右图 为测量系统的输出波形。
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（三）影响压电式传感器工作的主要因素 1. 2. 3. 4. 横向灵敏度 环境温度和湿度 安装差异及基座应变 噪声等
2015/8/23 3
1、压电式测力传感器
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压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切
削力的测量
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压电式动态力传感器在体育动态测量中的应用
压电传感器测量 双腿跳的动态力
压电式步态 分析跑台 压电式纵跳 训练分析装置
2015/8/23 8
思考： 如何动手设计声振 动传感器的电子狗。
2015/8/23
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请你做一做
如图是振动式粘度计的原理示意图。导磁的悬臂梁 6 与铁心 3 组成激振器。压电片 4 粘贴于悬臂梁上，振 动板 7 固定在悬臂梁的下端，并插入到被测粘度的粘 性液体中。请分析该粘度计的工作原理
1.交流励磁电源 2.励磁线圈 3.电磁铁心 4.压电片 5.质量块 6.悬臂梁 7.振动板 8.粘性液体 9.容器
三、相关技能 （一）压电传感器基本结构和应用特点 （1）基座和外壳 （2）压电元件 （3）敏感元件 （4）预载件 （5）引线及接插件用以与外接电缆连接。
（请同学们自主学习本内容）
2015/8/23 1
目前压电式传感器应用最多的仍是测力，尤其是 对冲击、振动加速度的测量。迄今在众多型式的测振 传感器中，压电加速度传感器占80%以上。 基于逆压电效应的超声波发生器(换能器)是超声检测 技术及仪器的关键器件。此外，逆压电效应还可作力 和运动(位移、速度、加速度 )发生器――压电驱动器。 利用压电陶瓷的逆压电效应来实现微位移，可不必 像传统的传动系统那样，须通过机械传动机构把转动 变为直线运动，从而避免了机构造成的误差；而且具 有位移分辩力极高(可达10-3μm级)，结构简单，尺寸 小，发热少，无杂散磁场和便于遥控等特点。
2015/8/23 19
高分子压电 电缆的应用 演示
将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路 的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据
存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。
2015/8/23 20
其他应用：压电式周界报警系统
（用于重要位置出入口、周界安全防护等）
将长的压电电缆埋在
2.压电式压力传感器 当膜片受到压力F作用后，在压电晶片表面上 产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为：
应用范围：压电式压力传感器体积小，结构简单，工 作可靠；测量范围宽，可测100MPa以下的压力；测 量精度较高；频率响应高，可达30kHz，是动态压力 检测中常用的传感器，但由于压电元件存在电荷泄漏， 故不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。
2015/8/23 2
（二）压电传感器的应用
由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有
在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具
有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因
此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在
交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给 测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量 （一般必须高于100Hz，但在50kHz以上时，灵敏 度下降）。