第五章習(xí)題答案

1、傳感器原理及應(yīng)用,西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,(學(xué)分: 2 學(xué)時(shí): 32),主講教師:華澤璽電話:68146639 13308080547,①何謂壓電效應(yīng)?正壓電效應(yīng)傳感器能否測(cè)靜態(tài)信號(hào)?為什么?某些物質(zhì)沿其一定的方向施加壓力或拉力時(shí)，隨著形變的產(chǎn)生，會(huì)在其某兩個(gè)相對(duì)的表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷（表面電荷的極性與拉、壓有關(guān)），當(dāng)外力去掉形變消失后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)”—— 機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽环粗?，?/p>

2、極化方向上（產(chǎn)生電荷的兩個(gè)表面）施加電場(chǎng)，它又會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”——電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)（電介質(zhì)）稱為壓電材料。適合測(cè)量高頻交變力。,前置放大器輸入端電壓幅值：,第六次作業(yè),時(shí)間常數(shù),輸入電壓與作用力間的相位差：,時(shí)間常數(shù),討論：,適合測(cè)量高頻交變力,②石英晶體的壓電效應(yīng)有何特點(diǎn)?畫(huà)圖說(shuō)明什么叫縱向壓電效應(yīng)?什么叫橫向壓電效應(yīng)?石英晶體化學(xué)式為SiO2，是單晶體結(jié)構(gòu)。天然結(jié)構(gòu)的石英晶體外形，它

3、是一個(gè)正六面體。石英晶體各個(gè)方向的特性是不同的。 其中縱向軸z稱為光軸，經(jīng)過(guò)六面體棱線并垂直于光軸的x稱為電軸，與x和z軸同時(shí)垂直的軸y稱為機(jī)械軸。 通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”， 而把沿機(jī)械軸y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。 而沿光軸z方向的力作用時(shí)不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。,石英晶體(a) 晶體外形； (b) 切割方向； (c) 晶片,,⑴石英晶體：如圖示，晶體內(nèi)部正負(fù)離子的偶

4、極矩在外力的作用下由于晶體的形變而被破壞，導(dǎo)致使晶體的電中性被破壞，從而使其在一些特定的方向上的,晶體表面出現(xiàn)剩余電電荷而產(chǎn)生的。由于壓電常數(shù)矩陣中只有d11、d12、d14、d25、d26不為零，并且d14、d25、d26需要切向應(yīng)力作用往往不便利用，所以通常只利用d11、d12 =- d11兩個(gè)相關(guān)的應(yīng)力方向和這兩個(gè)壓電常數(shù)。,③壓電式傳感器的前置放大器作用是什么?比較電壓式和電荷式前置放大器各有何特點(diǎn)?一是放大傳感器輸出的微弱信

5、號(hào)，二是將它的高阻抗輸出變換成低阻抗輸出。電壓式和電荷式前置放大器各有何特點(diǎn)：電壓式：1、當(dāng)作用于壓電元件上的力為靜態(tài)力時(shí)，則前置放大器的輸入電壓等于0。因?yàn)殡姾蓵?huì)通過(guò)放大器輸入電阻和傳感器本身的漏電阻漏掉，所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。 2、它具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，因此使用該阻抗變換器可將高內(nèi)阻的壓電傳感器與一般放大器匹配（P83） 。,電荷式：電荷放大器是一個(gè)有反饋電容Cf的高增益

6、運(yùn)算放大器。由于運(yùn)算放大器具有極高的輸入阻抗，因此放大器的輸入端幾乎沒(méi)有分流，充電電壓接近放大器輸出電壓，和電纜電容C沒(méi)有關(guān)系，并且與電荷q成正比。要注意的是，這兩種放大器電路的輸入都應(yīng)加過(guò)載保護(hù)電路；否則，在傳感器過(guò)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的輸出電壓。④有一壓電晶體，其面積S=3cm2，厚度t=0.3mm，在零度，x切型縱向石英晶體壓電系數(shù)d11=2.31×10-12C／N。求受到壓力p=10MPa作用時(shí)產(chǎn)生的電荷q及輸出電壓U