傳感器第六、七、八章 思考題與習(xí)題

1、1第六章第六章思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題1、什么是壓電效應(yīng)？、什么是壓電效應(yīng)？答：沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)加力而使其變形時，在一定表面上產(chǎn)生電荷，答：沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)加力而使其變形時，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力取消，又重新回到不帶電狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)在某些電當(dāng)外力取消，又重新回到不帶電狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)在某些電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓介質(zhì)的極化方向上施加電場

2、，這些電介質(zhì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場散去，這些變形和應(yīng)力也隨之消失，此即稱為逆壓電效應(yīng)。力，當(dāng)外加電場散去，這些變形和應(yīng)力也隨之消失，此即稱為逆壓電效應(yīng)。2、為什么壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量？、為什么壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量？答：壓電元件送入放大器的輸入電壓答：壓電元件送入放大器的輸入電壓22233)(1icamimCCCRRFdU??????由上式可知，用當(dāng)作用在壓電元件上的力是靜壓力（ω由上式可知，用當(dāng)作

3、用在壓電元件上的力是靜壓力（ω=0）時，前置放大器）時，前置放大器輸入電壓等于零。因為電荷就會通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電輸入電壓等于零。因為電荷就會通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電阻漏掉。所以壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量。阻漏掉。所以壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量。3、壓電式傳感器中采用電荷放大器有何優(yōu)點(diǎn)？為什么電壓靈敏度與電纜長度有、壓電式傳感器中采用電荷放大器有何優(yōu)點(diǎn)？為什么電壓靈敏度與電纜長度有關(guān)？而電荷靈敏度

4、與電纜長度無關(guān)？關(guān)？而電荷靈敏度與電纜長度無關(guān)？答：答：p115●補(bǔ)充題補(bǔ)充題：1、有一壓電晶體，其面積為、有一壓電晶體，其面積為20mm2，厚度為，厚度為10mm，當(dāng)受到壓力，當(dāng)受到壓力p=10MPa作用時，求產(chǎn)生的電荷及輸出電壓：用時，求產(chǎn)生的電荷及輸出電壓：①零度①零度X切的縱向石英晶體；②利用縱向效應(yīng)之切的縱向石英晶體；②利用縱向效應(yīng)之BaTiO3（壓電陶瓷）（壓電陶瓷）。已知：已知：S=20mm2，δ，δ=10mm，P=10M

5、Pa，求：求：Q=？，？，V=？解：①解：①∵而：而：PSdFdQ1111??)(1031.21211Ncd???∴cPSdQ10111062.4????又∵又∵而：而：SQSQCQUrra??????00)(???)(1085.85.4120mFr?????、∴)(8.57970VSQCQUra??????解②解②∵而：而：PSdFdQ3333??)(10901233Ncd???∴cPSdQ833108.3????同上：同上：又∵又∵

6、而：而：SQSQCQUrra??????00)(???)(1085.81200120mFr?????、324050106?????????????LLicaiiafpFCCCRRRR??解得：解得：HzfLCL5.1192????解④解④因：因：%5)(??kkkL??則：則：%95)(1)()(222???????icaicaCCCRCCCRk???其中：其中：?????????fHzfRRRRiia??210106，解得：解得：pF

7、CCCCca48447????3、用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機(jī)器的振動，已知：加速度計靈敏度、用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機(jī)器的振動，已知：加速度計靈敏度為5pCg電荷放大器靈敏度為電荷放大器靈敏度為50mVpC當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值時相應(yīng)的輸當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值時相應(yīng)的輸出電壓幅值為出電壓幅值為2V試求該機(jī)器的振動加速度。試求該機(jī)器的振動加速度。已知：已知：ka=5pCg，kq=50mVpC，Vomax=2V求：求：a

8、max=？解：解：因為：因為：QVkaQkqa0??；則有：則有：akkVqa?0所以：所以：gkkVaqa8max0max??4、石英晶體壓電式傳感器，面積為、石英晶體壓電式傳感器，面積為1cm2，厚度為，厚度為1mm，固定在兩金屬板之，固定在兩金屬板之間，用來測量通過晶體兩面力的變化。材料的彈性模量是間，用來測量通過晶體兩面力的變化。材料的彈性模量是91010Pa電荷靈敏電荷靈敏度為度為2pCN相對介電常數(shù)是相對介電常數(shù)是5.1，材

9、料相對兩面間電阻是，材料相對兩面間電阻是1014Ω。一個。一個20pF的電容和一個的電容和一個100MΩ的電阻與極板相連。若所加力Ω的電阻與極板相連。若所加力F=0.01sin(103t)N求；①兩極板間電壓峰一峰值；②晶體厚度的最大變化。求；①兩極板間電壓峰一峰值；②晶體厚度的最大變化。已知：已知：S=1cm2，δ，δ=1mm，E=91010Pa，kq=2pCN，ε，εr=5.1，Ra=1014Ω，Ω，Ci=20pF，Ri=100MΩ