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第6章 压电式传感器习题

第6章  压电式传感器习题
第6章  压电式传感器习题

第6章 压电式传感器

1、为什么压电式传感器不能用于静态测量,只能用于动态测量中?而且是频率越高越好?

2、什么是压电效应?试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应

3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么,为什么?

4、有一压电晶体,其面积为20mm 2,厚度为10mm ,当受到压力P=10MPa 作用时,求产生的电荷量及输出电压:

(1)零度X 切的纵向石英晶体;

(2)利用纵向效应的BaTiO 3。

解:由题意知,压电晶体受力为

F=PS=10×106×20×10-6=200(N)

(1)0°X 切割石英晶体,εr =4.5,d 11=2.31×10-12C/N

等效电容

36120101010205.41085.8---?????==d S C r a εε =7.97×10-14

(F)

受力F 产生电荷

Q=d 11F=2.31×10-12×200=462×10-2(C)=462pC

输出电压 ()V C Q U a a 3141210796.51097.710462?=??==--

(2)利用纵向效应的BaTiO 3,εr =1900,d 33=191×10-12C/N

等效电容 361201010102019001085.8---?????==d S

C r a εε

=33.6×10-12(F)=33.6(pF)

受力F 产生电荷

Q=d 33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=3.82×10-8C

输出电压 ()V C Q U a a 312810137.1106.331082.3?=??==--

5、某压电晶体的电容为1000pF ,k q =2.5C/cm ,电缆电容C C =3000pF ,示波器的输入阻

抗为1MΩ和并联电容为50pF ,求:

(1)压电晶体的电压灵敏度足K u ;

(2)测量系统的高频响应;

(3)如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率是多少?

(4)如频率为10Hz ,允许误差为5%,用并联连接方式,电容值是多大?

解:(1)

cm V pF cm C C K K a q u /105.21000/5.2/9?===

(2)高频(ω→∞)时,其响应 i c a q i c a m am u C C C k C C C d F U K ++=++==

33 ()cm /V .F cm

/C .8121017610

503000100052?=?++=-

(3)系统的谐振频率

()i c a n C C C R ++==1

1τω ()()s rad 2471050300010001011126=?++?=-

由 ()()2/1/n n am im U U K ωωωωω+==,得 ()%51/1/2-≤-+=n n

ωωωωγ(取等号计算)

()()[]22/19025.0n n ωωωω+= ()29025.09025.0n ωω+= 解出 (ω/ωn )2=9.2564→ω/ωn =3.0424

ω=3.0424ωn =3.0424×247=751.5(rad/s)

f =ω/2π=751.5/2π=119.6(Hz)

(4)由上面知,当γ≤5%时,ω/ωn =3.0424

当使用频率f =10Hz 时,即ω=2πf =2π×10=20π(rad/s)时

ωn =ω/3.0424=20π/3.0424=20.65(rad/s)

又由ωn =1/RC ,则

C=1/ωn R=1/(20.65×1×106)=4.84×10-8(F)=4.84?104pF

6、分析压电加速度传感器的频率响应特性。若测量电路为电压前量放大器C 总=1000pF ,R 总=500MΩ;传感器固有频率f 0=30kHz ,阻尼比ζ=0.5,求幅值误差在2%以内的使用频率范围。

解:压电式加速度的上限截止频率由传感器本身的频率特性决定,根据题意 ()[]()%21/4/11

2222=-+-=n n ωωζωωγ(取等号计算) 则 ()[]()02

.1/1/4/12222=+-n n ωωζωω

1+(ω/ωn )4﹣2(ω/ωn )2 +4×0.52(ω/ωn )2=0.96

(ω/ωn )4 ﹣(ω/ωn )2 +0.04=0

解出 (ω/ωn )2 =0.042或(ω/ωn )2 =0.96(舍去)

所以 ω/ωn =0.205 或-0.205(舍去)

ω=0.205ωn

则 f H =0.205f 0 =0.205×30=6.15(k Hz)

压电式加速度传感器下限截止频率取决于前置放大器特性,对电压放大器,其幅频特性

()()()2

21/1/ωτωτωωωωω+=+=n n

K 由题意得 ()%2112-≤-+=

ωτωτγ (取等号计算)

()2198.0ωτωτ+= (ωτ)2 =0.9604+0.9604 (ωτ)2

(ωτ)2 =24.25

ωτ=4.924

ω=4.924/τ

f L =ω/2π=4.924/(2πτ)=4.924/(2πRC)=4.924/(2π×5×108×10-9 )

=1.57(Hz)

其误差在2%以内的频率范围为: 1.57Hz~6.15k Hz

7、石英晶体压电式传感器,面积为100mm 2,厚度为1mm ,固定在两金属板之间,用来测量通过晶体两面力的变化。材料的弹性模量为9×1010Pa ,电荷灵敏度为2pC /N ,相对介电常数是5.1,材料相对两面间电阻是1014Ω。一个20pF 的电容和一个100MΩ的电阻与极板并联。若所加力F=0.01sin(1000t)N ,求:

(1)两极板间电压峰—峰值;

(2)晶体厚度的最大变化。

解:(1)石英压电晶片的电容 36120101101001.51085.8---?????==d S

C r a εε =4.514 ×10--12

(F)

≈4.5pF

由于R a =1014Ω,并联电容R 并=100MΩ=108Ω

则总电阻 R=R a // R 并 = 1014 //108 ≈108Ω

总电容 C=C a //C 并 =4.5+20=24.5(pF)

又因 F=0.01sin(1000t)N=F m sin(ωt)N

k q =2 pC/N

则电荷 Q=d 11 F= k q F

Q m = d 11 F m = k q F m =2 pC/N×0.01N=0.02 pC

所以 ()()212838312211105.241010110101002.01--???+???=+=RC R

F d U m im ωω

=0.756×10-3 (V)=0.756mV

峰—峰值: U im-im =2U im =2×0.756=1.512mV

(2)应变εm =F m /SE =0.01/(100×10-6×9×1010 )=1.11×10-9 =Δd m /d

Δd m =d εm =1×1.11×10-9 (mm)=1.11×10-9 mm

厚度最大变化量(即厚度变化的峰—峰值 )

Δd =2Δd m =2×1.11×10-9 =2.22×10-9 (mm)

=2.22×10-12 m

8、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动,已知:加速度计灵敏度为5pC/g ,电荷放大器灵敏度为50mV/pC ,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ,试求该机器的振动加速度。(g 为重力加速度)

解:由题意知,振动测量系统(压电式加速度计加上电荷放大器)的总灵敏度

K=K q ?K u =5pC/g ×50 mV/pC=250mV/g=U o /a

式中,U o 为输出电压;a 为振动系统的加速度。

则当输出电压U o =2V 时,振动加速度为

a=U o /K=2×103/250=8(g)

5-8 用压电式传感器测量最低频率为1Hz 的振动,要求在1Hz 时灵敏度下降不超过5%。若测量回路的总电容为500pF ,求所用电压前置放大器的输入电阻应为多大?

解: 由题意知,对于电荷放大器,动态响应幅值误差为 ()%51/1/2-≤-+=n n

ωωωωγ,(取等号计算)

()2/195.0/n n ωωωω+= (ω/ωn )2 =0.9025+0.9025 (ω/ωn )2

ω/ωn =3.04

τ=1/ωn =3.04/ω=3.04/(2π×1)=0.484(s)=RC

所以

R=τ/C=0.484/(500×10-12) =9.68×108Ω=968M Ω

9、 已知压电式加速度传感器的阻尼比ζ=0.1,其无阻尼固有频率f 0=32kHz ,若要求传感器的输出幅值误差在5%以内,试确定传感器的最高响应频率。

解: 由加速度传感器的频率特性知,动态响应幅值误差为 ()[]()%

51/4/112

222≤-+-=n n ωωζωωγ

()[]()05.1/1/4/12

222=+-n n ωωζωω (取等号) (ω/ωn )4﹣1.96(ω/ωn )2 +0.093=0

解出 (ω/ωn )2 =0.0485或(ω/ωn )2 =1.912(舍去)

则 ω/ωn ≈0.22

ωH =0.22ωn

则 f H =0.22f 0 =0.22×32=7.04(kHz)

10、 某压电式压力传感器的灵敏度为80pC/Pa ,如果它的电容量为1nF ,试确定传感器在输入压力为1.4Pa 时的输出电压。

解:当传感器受压力1.4 Pa 时,所产生的电荷

Q=80 pC/Pa ×1.4Pa=112 pC

输出电压为

U a =Q/C a =112×10-12 /(1×10-9)=0.112(V)

11、一只测力环在全量程范围内具有灵敏度3.9pC/N ,它与一台灵敏度为10mV/pC 的电荷放大器连接,在三次试验中测得以下电压值:(1)—100mV ;(2)10V ;(3)—75V 。试确定三次试验中的被测力的大小及性质。

解:测力环总灵敏度

K=3.9 pC/N ×10mV/pC=39 mV/N = U 0/F

式中,U 0为输出电压,F 为被测力,所以

F 1 =U 01 /K=﹣100mV/39mV/N=﹣2.56N (压力)

F 2 =U 02 /K=10×10 3mV/39mV/N=256N (拉力)

F 3 =U 03 /K=﹣75×10 3mV/39mV/N=﹣1923N (压力)

12、某压电式压力传感器为两片石英晶片并联,每片厚度h=0.2mm ,圆片半径r=1cm ,εr =4.5,X 切型d 11=2.31X10-12C/N 。当0.1MPa 压力垂直作用于P X 平面时,求传感器输出电荷Q 和电极间电压U a 的值。

解:当两片石英晶片并联时,所产生电荷

Q 并=2Q=2?d 11 F=2?d 11 ?πr 2

=2×2.31×10-12×0.1×106 ×π×(1×10-2 )2

=145×10-12 (C)

()()()907.01.04212242=?++-n n n ωωωωωω

=145pC

总电容

C并=2C=2ε0εr S/h=2ε0εrπr2 /h

=2×8.85×10-12×4.5×π×(1×10-2)2/0.2?10-3

=125.1×10-12 (F)

=125.1pF

电极间电压为

U并= Q并/C并=145/125.1=1.16V

压电式传感器习题

第6章 压电式传感器 1、为什么压电式传感器不能用于静态测量,只能用于动态测量中?而且是频率越高越好? 2、什么是压电效应?试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应 3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么,为什么? 4、有一压电晶体,其面积为20mm 2,厚度为10mm ,当受到压力P=10MPa 作用时,求产生的电荷量及输出电压: (1)零度X 切的纵向石英晶体; (2)利用纵向效应的BaTiO 3。 解:由题意知,压电晶体受力为 F=PS=10×106×20×10-6=200(N) (1)0°X 切割石英晶体,εr =4.5,d 11=2.31×10-12C/N 等效电容 36120101010205.41085.8---?????==d S C r a εε =7.97×10-14 (F) 受力F 产生电荷 Q=d 11F=2.31×10-12×200=462×10-2(C)=462pC 输出电压 ()V C Q U a a 3141210796.51097.710462?=??==-- (2)利用纵向效应的BaTiO 3,εr =1900,d 33=191×10-12C/N 等效电容 361201010102019001085.8---?????==d S C r a εε =33.6×10-12(F)=33.6(pF) 受力F 产生电荷 Q=d 33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=3.82×10-8C 输出电压 ()V C Q U a a 312810137.1106.331082.3?=??==-- 5、某压电晶体的电容为1000pF ,k q =2.5C/cm ,电缆电容C C =3000pF ,示波器的输入阻

压电式传感器习题精选文档

压电式传感器习题精选 文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

第6章压电式传感器 1、为什么压电式传感器不能用于静态测量,只能用于动态测量中而且是频率越高越好 2、什么是压电效应?试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应 3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么,为什么? 4、有一压电晶体,其面积为20mm2,厚度为10mm,当受到压力 P=10MPa作用时,求产生的电荷量及输出电压: (1)零度X切的纵向石英晶体; (2)利用纵向效应的BaTiO 。 3

解:由题意知,压电晶体受力为 F=PS=10×106×20×10-6 =200(N) (1)0°X 切割石英晶体,εr =,d 11=×10-12 C/N 等效电容 36120101010205.41085.8---?????= = d S C r a εε =×10-14 (F) 受力F 产生电荷 Q=d 11F=×10-12×200=462×10-2(C)=462pC 输出电压 ()V C Q U a a 314 12 10796.51097.710462?=??==-- (2)利用纵向效应的BaTiO 3,εr =1900,d 33=191×10-12C/N 等效电容 36 1201010102019001085.8---?????= = d S C r a εε =×10-12(F)=(pF) 受力F 产生电荷

Q=d 33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=×10-8 C 输出电压 ()V C Q U a a 3 12 810137.1106.331082.3?=??==-- 5、某压电晶体的电容为1000pF ,k q =2.5C/cm ,电缆电容C C =3000pF ,示波器的输入阻抗为1M Ω和并联电容为50pF ,求: (1)压电晶体的电压灵敏度足K u ; (2)测量系统的高频响应; (3)如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率是多少 (4)如频率为10Hz ,允许误差为5%,用并联连接方式,电容值是多大 解:(1) cm V pF cm C C K K a q u /105.21000/5.2/9?== = (2)高频(ω→∞)时,其响应 i c a q i c a m am u C C C k C C C d F U K ++= ++==33

第六章 压电式传感器

课题:第四章电容式传感器 课型:新知课 教学目标:1、掌握变极距型电容式传感器的工作原理; 2、掌握变面积型电容式传感器的工作原理; 3、掌握变介电常数型电容式传感器的工作原理; 4、掌握电容式传感器的灵敏度和非线性; 9、掌握压磁式传感器的工作原理。 重点:1、变极距型电容式传感器的工作原理; 2、变面积型电容式传感器的工作原理; 3、变介电常数型电容式传感器的工作原理; 4、电容式传感器的灵敏度和非线性; 5、变压器式传感器的等效电路; 6、涡流式传感器的工作原理; 7、涡流式传感器的特点及应用; 难点:1、电容式传感器的灵敏度和非线性; 2、; 3、变压器式传感器的工作原理; 4、变压器式传感器的等效电路; 5、涡流式传感器的工作原理。 教学手段、方法:多媒体、课件、讲授 教具:ppt、板书 教学过程: 压电式传感器是一种有源的双向机电传感器。它的工作原理是基于压电材料的压电效应。石英晶体的压电效应早在1680年就已发现,1984年制作出第一个石英传感器。 4.1 压电效应 某些晶体或陶瓷,当沿着一定方向受到外力作用时,内部就会出现极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去掉后,又恢复到不带电的状态;当作用力方向改变时,电荷的极性也随着改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。上述现象称为正压电。反之,如对晶体施加一定变电场,晶体本身将产生机械变形,外电场撤离,变形也随着消失,称为逆压电效应。 压电转换元件受力变形的状态可分为图6-1所示的几种基本形式:

图6-1 压电转换元件受力变形的几种基本形式 由于压电晶体的各向异性,并不是所有的压电晶体都能在这几种变形状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应。但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 6.1.1 石英晶体的压电效应 图6-2(a)所示为天然石英晶体的结构外形,在晶体学中用三根互相垂直的轴Z、X、Y表示他们的坐标,如图6-2(b)所示。Z轴为光轴(中性轴),它是晶体的对称轴,光线沿Z轴通过晶体不产生双折射现象,因而以它作为基准轴;X轴为电轴,该轴压电效应最为显著,它通过六棱柱相对的两个棱线且垂直于光轴Z,显然X轴共有三个;Y轴为机械轴(力轴),显然也有三个,它垂直于两个相对的表面,在此轴上加力产生的变形最大。 图6-2 石英晶体的外形和晶轴 对于压电晶体,当沿X轴施加正应力的时,将在垂直于X轴的表面上产生电荷,这种现象称为纵向压电效应;当Y轴施加正应力时,电荷将出现在与X轴垂直的表面上,这种现象称为横向压电效应;当沿X轴方向施加切应力时,将在垂直于Y轴的表面上产生电荷,这种现象称为切向压电效应。通常在石英晶体上可以观察到上述三种压电效应,其受力方向与产生电荷极性的关系如图6-4所示。

传感器习题及问题详解

选择题 1.码盘式传感器是建立在编码器的基础上的,它能够将角度转换为数字编码,是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、__a__和__c__三种。 a.光电式 b.磁电式 c.电磁式 d.感应同步器 2. 改变电感传感器的引线电缆后,___c___。 a.不必对整个仪器重新标定 b. 必须对整个仪器重新调零 c. 必须对整个仪器重新标定 d. 不必对整个仪器重新调零 3.应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、__c__、__d__等。 a.测量范围的选择 b.电源的选择 c. 阻值的选择 d. 尺寸的选择 e.精度的选择 f.结构的选择 4.应变片绝缘电阻是指已粘贴的__b__应变片的之间的电阻值。 a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件 c.基片与被测试件 d.敏感栅与被测试件 5.在光的作用下,电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,引起物体电阻率的变化,这种现象称为_d_。 a.磁电效应 b.声光效应 c.光生伏特效应 d.光电导效应 6.结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的,在铁芯与衔铁之间有一个空气隙,空气隙厚度为。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时,衔铁将会运动而产生位移,使空气隙发生变化。这种结构可作为传感器用于__c___。 a. 静态测量 b. 动态测量 c. 静态测量和动态测量 d. 既不能用于静态测量,也不能用于动态测量 7. 4 不属于测试系统的静特性。 (1)灵敏度(2)线性度(3)回程误差(4)阻尼系数 8. 电阻应变片的输入为 1 。 (1)力(2)应变(3)速度(4)加速度 9. 结构型传感器是依靠 3 的变化实现信号变换的。 (1)本身物理性质(2)体积大小(3)结构参数(4)电阻值 10. 不能用涡流式传感器进行测量的是 4 。 (1)位移(2)材质鉴别(3)探伤(4)非金属材料 11. 变极距电容传感器的输出与输入,成1关系。 (1)非线性(2)线性(3)反比(4)平方 12. 半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 3 。 (1)长度(2)截面积(3)电阻率(4)高通 13.压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的3产生变化。 (1)固有频率(2)阻尼比(3)灵敏度(4)压电常数 14.在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是 4 传感器。(1)电容式(2)压电式(3)电阻式(4)电涡流式 15.光电倍增管是利用3效应制成的器件。 (1)内光电(2)外光电(3)光生伏特(4)阻挡层 16.光敏元件中3是直接输出电压的。 (1)光敏电阻(2)光电阻(3)光敏晶体管(4)光导纤维 17.属于传感器动态特性指标的是( D ) A.重复性 B.线性度 C.灵敏度 D.固有频率 18.按照工作原理分类,固体图象式传感器属于( A )

压电式传感器的发展与应用

HEFEI UNIVERSITY 自动检测技术报告 题目压电式传感器的应用与发展 系别 ***级自动化 班级 **班 姓名 ********************** 指导老师***** 完成时间 2011-11-28

前言:压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,在电介质的表面上产生电荷,从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件,所以它能测量最终能变换为力的那些物理量,例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来,由于电子技术的飞速发展,随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现,使压电传感器的使用更为方便。因此,在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文重点介绍压电式传感器的工作原理,在航空发动机中的应用及发展趋势。 关键字:传感器压电效应测振 正文:压电式传感器的发展及应用压电式传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施,而且输出的直流响应差,需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指:当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态;当外力作用方向改变 时,电荷的极性也随之改变;晶体受力所产生的电荷量 与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电 效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起 晶体机械变形的现象,又称电致伸缩效应。用逆压电效 应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件 的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、 厚度切变型、平面切变型5种基本形式(见图)。压电 晶体是各向异性的,并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应,但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力。 压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中,比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,因为测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就非常广泛。

6压电式传感器习题

第 6 章压电式传感器 6.1 什么是正压电效应?什么是逆压电效应?答:一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下,而且在机械力作用下,都会产生极化现象。在这些电介质的一定方向上施加机械力二产生变形时,就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化,从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷,且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度3 与外应力张量T 成正比。当外力消失,电介质又恢复不带电原状;当外力变向,电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应,或简称压电效应。 若对上述电介质施加电场作用时,同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形,且其应变S 与外电场强度E 成正比。这种现象称为逆压电效应,或称电致伸缩。 6.2 压电材料的主要特性参数有哪些?比较三类压电材料的应用特点。答:压电材料主要特性有:压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点。 (1)压电单晶:时间稳定性好,居里点高,在高温、强幅射条件下,仍具有良好的压电性,且机械性能,如机电耦合系数、介电常数、频率常数等均保持不变。此外,还在光电、微声和激光等器件方面都有重要应用。不足之处是质地脆、抗机械和热冲击性差。(2)压电陶瓷:压电常数大,灵敏度高,制造工艺成熟,成形工艺性好,成本低廉,利于广泛应用,还具有热释电性。 (3)新型压电材料:既具有压电特性又具有半导体特性。因此既可用其压电性研制传感器,又可用其半导体特性制作电子器件;也可以两者合一,集元件与线路于一体,研制成新型集成压电传感器测试系统。 6.3 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系,它们分别适用于何种应用场合?答:在压电式传感器中,为了提高灵敏度,往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构;根据两片压电芯片的连接关系,可分为串联和 并联连接 并联:将两个压电元件的负端粘结在一起,中间插入金属电极作为压电元件连接时

习题参考答案6-压电式传感器

习题6 六、压电式传感器 (一) 习 题 6-1. 以钛酸钡为例,在y 轴受到1N/m 2 的切应力。试求出在各方向产生的电荷密度。 答: 12 111 1213141516322122232425264331 32 33 34 35 3656T T d d d d d d T d d d d d d T d d d d d d T T σσσ????????????????=???????????????????????? =15243132 33 000 000000 000000 010d d d d d ?? ????????????? ????????????? 其中12 12 1212 12 00025010 0000 25010 0078107810 19010 0ij d -----???????=?? ?????-?-??? ? 12 12 2 111112213314415516615525010 125010d T d T d T d T d T d T d T C m σ--∴=+++++==??=? 221 122 223 3 24 4 25 5 2 0d T d T d T d T d T d T σ=+++ ++= 33113223333443553660d T d T d T d T d T d T σ=+++++= 即在x ,y ,z 轴面上产生的电荷密度分别为250×10-12C/m 2,0,0。 6-2 已知电压前置放大器输入电阻及总电容分别为R i =1MΩ,C i =100pF ,求与压电加速度 计相配测量1Hz 的振动时幅值误差为多大? 答:对于电压前置放大器,其实际输入电压与理想输入电压之比的相对幅频特性为 ()() 2 1ωτ ωτ ω+= A i i C R =τ f πω2= 当被测信号的频率为f=1Hz 时,有 ()() ( ) 4 2 126 1262 10 3.610 10010112110 10010112212---?=?????+?????= += ππππωi i i i C fR C fR A 所以幅值误差为%94.999994.01103.64 -=-=-?=-δ 由此可见测量误差太大了,原因在于输入阻抗太小。 6-3.将压电式传感器与一只灵敏度为S v 且可调的电荷放大器连接,然后接到灵敏度为S x =20mm/V 的光线示波器上记录,现知压电式压力传感器灵敏度为S p =5pc/Pa ,该测试系统的总灵敏度为S=0.5mm/Pa ,试问: (1)电荷放大器的灵敏度为S v 应调为何值(V/pc )?

传感器试题

2010-2011

填空题(每空1.5 分,共30分) 2011-2012 1.按传感机理分,传感器可以分为和两类。 2.自源型传感器又称传感器,其敏感元件具有能直接从被测对象吸取能量并转换成 电量的效应。 3.传感器的动态特性是反映传感器对于随的的响应特性。 4.光纤传感器可以分成2大类型,分别为光纤传感器和 光纤传感器。 5.变磁阻式传感器是利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的变化来检测非电量的机 电转换装置。 6.电容式传感器可以分为变极距型、和三种。 7.压电效应可分为和,压电式传感器是一种典型的双向无源传感器,在使用中一般是两片以上,在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件起来,而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件起来。 8. 热电阻传感器可以分为金属热电阻式和两大类,前者简称热电阻,后者简称。 9.光电器件的灵敏度可用光照特性来表征,它反映了光电器件与 之间的关系。光敏二极管在电路中工作可处于两种状态,即状态和状态。单项选择题(每题2分,共20 分)

1、一阶传感器的动态特征参数是它的()。 A、固有频率 B、灵敏度S C、时间常数 D、温漂 n 2、传感器能感知的输入变化量越小,表示传感器的()。 A、线性度越好 B、迟滞越小 C、重复性越好 D、分辨力越高 3、压电传感器使用()测量电路时,输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。 A、调制放大器 B、电荷放大器 C、电压放大器 4、半导体NTC热敏电阻随着温度的升高,其电阻率()。 A、上升 B、迅速下降 C、保持不变 5、()的基本工作原理是基于压阻效应。 A、金属应变片 B、压敏电阻 C、光敏电阻 D、半导体应变片 6、光电管是利用()效应制成的器件。 A、内光电 B、光伏 C、外光电 D、压阻 7、对于磁电式惯性振动传感器,为了使弹簧的变形量近似等于被测体的振幅,应该满足以下条件 A、弹性系数较小的弹簧和质量较大的质量块 B、弹性系数较大的弹簧和质量较小的质量块 C、弹性系数较大的弹簧和质量较大的质量块 D、弹簧的弹性系数和质量块的质量可以任意选取 8、光纤的集光性能可用()表示。 A、功率损耗 B、有效折射率 C、色散 D、数值孔径 9、将应变片粘贴在不同的弹性元件上,可以实现对()物理参数的测量。 A、位移 B、力 C、无损探伤 D、面积测量 10. 若进行旋转齿轮的转速测量,宜选用()传感器。 A、热电式 B、电容式 C、压电式 D、磁电式 简答题(共15 分) 1.简述压电效应产生的原理,什么是纵向压电效应和横向压电效应?(7分)

【免费下载】第6章 压电式传感器习题

第6章 压电式传感器1、为什么压电式传感器不能用于静态测量,只能用于动态测量中?而且是频率越高越 好? 2、 什么是压电效应?试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么,为什么?4、有一压电晶体,其面积为20mm 2,厚度为10mm ,当受到压力P=10MPa 作用时,求产生的电荷量及输出电压: (1)零度X 切的纵向石英晶体; (2)利用纵向效应的BaTiO 3。 解:由题意知,压电晶体受力为F=PS=10×106×20×10-6=200(N) (1)0°X 切割石英晶体,εr =4.5,d 11=2.31×10-12C/N 等效电容 36120101010205.41085.8---?????==d S C r a εε =7.97×10-14 (F)受力F 产生电荷Q=d 11F=2.31×10-12×200=462×10-2(C)=462pC 输出电压()V C Q U a a 3141210796.51097.710462?=??==-- (2)利用纵向效应的BaTiO 3,εr =1900,d 33=191×10-12C/N 等效电容361201010102019001085.8---?????==d S C r a εε =33.6×10-12(F)=33.6(pF)受力F 产生电荷Q=d 33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=3.82×10-8C 输出电压()V C Q U a a 312810137.1106.331082.3?=??==--5、某压电晶体的电容为1000pF ,k q =2.5C/cm ,电缆电容C C =3000pF ,示波器的输入保障各类管路习题到位。在安装过程中以及安装控试验;对设备进行调需要在最大限度内来确保

第六章压电式传感器

第六章压电式传感器 一、学习本课程所需的预备知识。 物理、电工基础、电子测量技术、电子线路。 二、教学提要(重难点)、课程内容、教学要求、实验指导。 1、压电传感器 压电传感器是利用某些晶体的压电效应工作的,超声波是利用逆压电效应工作的,所以压电效应是本章重点内容。同时,压电传感器使用电压、电荷放大器,故也是重点内容。 教学从晶体的压电效应入手,结合身边(电子打火机)的应用实例讲解。并且通过实验来加深理论知识,同时也掌握了压电传感器的应用。 超声波是压电效应的反向使用,要掌握超声波特性,这对于超声波传感器的使用是非常重要的。 教学建议: 由于晶体的压电效应不易理解,可以用电子打火机的原理使学生掌握晶体的压电效应。在介绍测量电路时,要使学生清楚压电传感器的实际等效电路,并且使学生知道为什么压电传感器不能用于静态测量。最后通过实验掌握传感器的应用。 2、霍尔传感器 霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应实现对磁场和电流测量的,目前使用的基本是霍尔集成电路,所以霍尔效应和霍尔集成电路是本章的重点内容。教材从霍尔效应开始,介绍了霍尔效应,霍尔元件的主要参数以及霍尔集成电路。最后介绍了霍尔传感器的应用。 教学建议: 在教学中要详细介绍霍尔集成电路的相关知识,同时,要采用实验的手段,使学生对霍尔传感器的原理及应用有一个详细的掌握。实验可采用测量位移的方法,这个实验在传感器实验台上完成。 三、典型例题 1、什么叫压电效应?压电材料分为哪几种? 答:某些晶体,当沿着一定方向受到外力作用时,内部会产生极化现象,同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷;当外力去掉后,又恢复到不带电状态;当作用力方向改变时,电荷的极性也随着改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫压电效应。 压电材料可分为三大类:压电晶体(单晶)、压电陶瓷(多晶半导瓷)和新型压电材料(包括压电半导体和高分子压电材料)。 2、压电效应

传感器技术习题及答案

传感器技术绪论习题 一、单项选择题 1、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是( B )。 A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器 2、通常意义上的传感器包含了敏感元件和( C )两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和(C ),构成信息技术的完整信息链。 A. 汽车制造技术 B. 建筑技术 C. 传感技术 D.监测技术 4、传感器按其敏感的工作原理,可以分为物理型、化学型和( A )三大类。 A. 生物型 B. 电子型 C. 材料型 D. 薄膜型 5、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高,传感器也朝向智能化方面发展,其中,典型的传感器智能化结构模式是( B )。 A. 传感器+通信技术 B. 传感器+微处理器 C. 传感器+多媒体技术 D. 传感器+计算机 6、近年来,仿生传感器的研究越来越热,其主要就是模仿人的(D )的传感器。 A. 视觉器官 B. 听觉器官 C. 嗅觉器官 D. 感觉器官 7、若将计算机比喻成人的大脑,那么传感器则可以比喻为(B )。 A.眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 8、传感器主要完成两个方面的功能:检测和(D )。 A. 测量 B. 感知 C. 信号调节 D. 转换 9、传感技术与信息学科紧密相连,是(C )和自动转换技术的总称。 A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D. 信息获取 10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是( A ) A.应变式传感器B.速度传感器 C.化学型传感器D.能量控制型传感器 二、多项选择题 1、传感器在工作过程中,必须满足一些基本的物理定律,其中包含(ABCD)。 A. 能量守恒定律 B. 电磁场感应定律 C. 欧姆定律 D. 胡克定律 2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等学科于一体的交叉学科,涉及(ABC )等多方面的综合技术。 A. 传感检测原理 B. 传感器件设计 C. 传感器的开发和应用 D. 传感器的销售和售后服务 3、目前,传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用,以下领域采用了传感技术的有:(ABCD )。 A. 工业领域 B. 海洋开发领域 C. 航天技术领域 D. 医疗诊断技术领域 4、传感器有多种基本构成类型,包含以下哪几个(ABC ) A. 自源型 B. 带激励型 C. 外源型 D. 自组装型 5、下列属于传感器的分类方法的是:(ABCD ) A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按输出量分 D. 按能量变换关系分 6、下列属于传感器的分类方法的是:(ABCD ) A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按构成分 D. 按输出量分

压电式传感器

摘要 (1) 一、引言 (1) 二、压电式传感器原理 (1) 2.1压电传感器所应用的原理 (1) 2.2压电效应的产生 (2) 2.3石英晶体的压电效应 (3) 三、压电传感器在汽车上的应用 (4) 3.1压电式爆震传感器 (4) 3.1.1共振型压电式爆震传感器 (4) 3.1.2非共振型压电式传感器 (5) 3.2碰撞传感器 (6) 3.3压电式加减速传感器 (6) 四、压电式传感器的发展趋势 (7) 参考文献 (7)

压电式传感器及应用 摘要 近年来,由于电子技术的飞速发展,随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现,使得压电传感器在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文将以压电式传感器的应用与发展为核心,首先对压电效应的原理进行介绍,紧接着是在行业、具体工程方面尤其是在汽车领域的应用以及应用的方法,最后介绍了压电式式传感器未来的发展趋势。 关键字:压电式传感器;压电效应;应用;发展 一、引言 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置,是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋,美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代,日本则把传感器技术列为十大技术之创立。 压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施,而且输出的直流响应差,需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 二、压电式传感器原理 2.1压电传感器所应用的原理 压电式传感器所采用的是压电效应,即,当沿着一定方向对某些物质加力而使其变形时,

传感器习题

1. 传感器由哪几部分组成其各部分的作用是什么 答:传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路等几部分组成。组成框图如下图所示。 敏感元件:它是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件:敏感元件的输出就是它的输入,它把输入转换成电路参数。 转换电路:将转换元转换成的电路参数接入转换电路,便可转换成电量输出。 2. 某线性位移测量仪,当被测位移X 由变到时,位移测量仪的输出电压V 由减至,求该仪器的灵 敏度。 解:该仪器的灵敏度为 10 .30.40 .30.2X V -=--=??= S V/mm 3. 电阻丝式应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同各有何优缺点 金属电阻应变片是利用电阻应变效应;半导体应变片是利用压阻效应。电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化,半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。通常半导体应变片比电阻丝应变片灵敏度高,但分散性大,温度效应也比较大。 4. 为什么变极距型电容传感器的灵敏度和非线性是矛盾的实际应用中怎样解决这一问题 变极距型电容传感器灵敏度 灵敏度和极距的平方变化成反比,二者是非线性的,并且要灵敏度高,极距变化量就要小,因此要在实际中解决这对矛盾,可以采用如下方法: 限制量程;差动测量;运放运算放大器式测量电路;差动脉冲调宽电路。 5. 差动式传感器的优点是什么 试述产生零点电位的原因和减小零位电压的措施。 优点:减小非线性误差;提高传感器灵敏度;减小温度、湿度等环境因素的影响。 当被测量的变化导致两个结成差动式的传感器输出相等时,差动式传感器输出应该为零,如果差动式传感器输出电压不为零,则称该电压为零点残余电压,产生原因主要因为组成差动式结构的两个传感器材质、工艺等不一致,减小零位电压的措施有:选材一致、工艺一致、电路上加补偿电阻或调零电路。 6. 采用阻值为120Ω灵敏度系数K =的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥,供桥 电压U 为5V ,假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变ε分别为1和1 000时,试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压,并比较三种情况下的灵敏度。 解:(1)单臂电桥时 4 0U K U ε= ,所以应变为1时 2 0D A D C S εε-=??=

6压电式传感器习题

第6章压电式传感器 6.1什么是正压电效应?什么是逆压电效应? 答:一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下,而且在机械力作用下,都会产生极化现象。在这些电介质的一定方向上施加机械力二产生变形时,就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化,从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷,且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T成正比。当外力消失,电介质又恢复不带电原状;当外力变向,电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应,或简称压电效应。 若对上述电介质施加电场作用时,同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形,且其应变S与外电场强度E成正比。这种现象称为逆压电效应,或称电致伸缩。 6.2压电材料的主要特性参数有哪些?比较三类压电材料的应用特点。 答:压电材料主要特性有:压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点。 (1)压电单晶:时间稳定性好,居里点高,在高温、强幅射条件下,仍具有良好的压电性,且机械性能,如机电耦合系数、介电常数、频率常数等均保持不变。此外,还在光电、微声和激光等器件方面都有重要应用。不足之处是质地脆、抗机械和热冲击性差。 (2)压电陶瓷:压电常数大,灵敏度高,制造工艺成熟,成形工艺性好,成本低廉,利于广泛应用,还具有热释电性。 (3)新型压电材料:既具有压电特性又具有半导体特性。因此既可用其压电性研制传感器,又可用其半导体特性制作电子器件;也可以两者合一,集元件与线路于一体,研制成新型集成压电传感器测试系统。 6.3 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系,它们分别适用于何种应用场合? 答:在压电式传感器中,为了提高灵敏度,往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构;根据两片压电芯片的连接关系,可分为串联和

传感器原理与应用习题_第6章压电式传感器

《传感器原理与应用》习题集与部分参考答案 教材:传感器技术(第3版)贾伯年主编,及其他参考书 第6章 压电式传感器 6-1 何谓压电效应?何谓纵向压电效应和横向压电效应? 答:一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下,而且在机械力作用下,都会产生极化现象。且其电位移D(在MKS 单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T 成正比: D = dT 式中 d —压电常数矩阵。 当外力消失,电介质又恢复不带电原状;当外力变向,电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应,或简称压电效应。 若对上述电介质施加电场作用时,同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形,且其应变S 与外电场强度E 成正比: S=d t E 式中 d t ——逆压电常数矩阵。这种现象称为逆压电效应,或称电致伸缩。 6-2 压电材料的主要特性参数有哪些?试比较三类压电材料的应用特点。 答:主要特性:压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点。 压电单晶:时间稳定性好,居里点高,在高温、强辐射条件下,仍具有良好的压电性,且机械性能,如机电耦合系数、介电常数、频率常数等均保持不变。此外,还在光电、微声和激光等器件方面都有重要应用。不足之处是质地脆、抗机械和热冲击性差。 压电陶瓷:压电常数大,灵敏度高,制造工艺成熟,成形工艺性好,成本低廉,利于广泛应用,还具有热释电性。 新型压电材料:既具有压电特性又具有半导体特性。因此既可用其压电性研制传感器,又可用其半导体特性制作电子器件;也可以两者合一,集元件与线路于一体,研制成新型集成压电传感器测试系统。 6-3 试述石英晶片切型(??+45/50yxlt )的含意。 6-4 为了提高压电式传感器的灵敏度,设计中常采用双晶片或多晶片组合,试说明其组合的方式和适用场合。 答:(1)并联:C ′=2C ,q ′=2q,U ′=U,因为输出电容大,输出电荷大,所以时间常数,适合于测量缓变信号,且以电荷作为输出的场合。 (2)串联:q ′=q,U ′=U,C ′=C/2, 特点:输出电压大,本身电容小,适合于以电压作为输出信号,且测量电路输出阻抗很高的场合。 6-5 欲设计图6-20所示三向压电加速度传感器,用来测量x 、y 、z 三正交方向的加速度,拟选用三组双晶片组合BaTiO 3压电陶瓷作压电组件。试问:应选用何种切型的晶片?又如何合理组合?并用图示意。

压电式传感器习题集.

第五章压电式传感器 5.1 何谓压电效应?何谓纵向压电效应和横向压电效应? 5.2 压电材料的主要特性参数有哪些?试比较三类压电材料的应用特点。 5.3 试述石英晶片切型(yxlt +50o/45o)的含意。 5.4 为了提高压电式传感器的灵敏度,设计中常采用双晶片组合,试说明其组合的方式和适用场合。 5.5 原理上,压电式传感器不能用于静态测量,但实际中,压电式传感器可能用来测量准静态量,为什么? 5.6 简述压电式传感器前置放大器的作用?两种形式各自的优缺点及如何合理选择回路参数? 5.7 已知ZK-2型阻抗变换器的输入阻抗为2000MW,测量回路的总电容为1000pF。试求:当与压电加速度计相配,用来测量1HZ的低频振动时产生的幅值误差。 5.8 试证明压电加速度传感器动态幅值误差表达式:高频段:δH =[A(wn)-1]%;低频段:δL=[A(w1)-1]%。若测量回路的总电容 C=1000pF,总电阻R=500MW,传感器机械系统固有频率f n=30kHZ,相对阻尼系数ε=0.5,求幅值误差在2%以内的使用频率范围。 5.9 试选择合适的传感器:(1)现有激磁频率为2.5kHZ的差动变压器式测振传感器和固有频率为50HZ的磁电式测振传感器各一只,欲测频率为400~500HZ的振动,应选哪一种?为什么?(2)有两只压电式加速度传感器,固有频率分别为30HZ 和50HZ,阻尼比均为0.5,欲测频率为15HZ的振动,应选哪一只?为什么? 5.10 一只压电式压力传感器灵敏度为9pC/bar,将它接入增益调到0.005V/pC的电荷放大器,放大器的输出又接到灵敏度为20mm/V的紫外线记录纸式记录仪上。

检测技术第6章部分练习答案

第六章压电传感器思考题与习题答案1.单项选择题 1)将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的___C___;蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的___D___。 A. 应变效应 B. 电涡流效应 C.压电效应 D. 逆压电效应 2)在实验室作检验标准用的压电仪表应采用___D___压电材料;能制成薄膜,粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用___C___;用在压电加速度传感器中测量振动的压电材料应采用__B____。 A. PTC B. PZT C .PVDF D. SiO2 3)使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量___C___。 A. 人的体重 B. 车刀的压紧力 C. 车刀在切削时感受到的切削力的变化量 D. 自来水管中的水的压力 4)动态力传感器中,两片压电片多采用___B___接法,可增大输出电荷量;在电子打火机和煤气灶点火装置中,多片压电片采用___A___接法,可使输出电压达上万伏,从而产生电火花。 A. 串联 B.并联 C. 既串联又并联 5)测量人的脉搏应采用灵敏度K约为___A___的PVDF压电传感器;在家用电器(已包装)做跌落试验,以检查是否符合国标准时,应采用灵敏度K为___B___的压电传感器。 A. 10V/g B. 100mV/g C. 0.001mV/g 6)PZT是利用____B____的原理工作的,它是用____H____材料制作的;上网查阅GMM,是利用___A____的原理工作的,它是用____E____材料制作的。 A.超磁致伸缩效应 B.压电效应 C. 逆压电效应 D.热敏效应 E.稀土铁磁合金 F. 含镍铁磁合金 G. 高分子 H. 压电陶瓷 2.用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度,若传感器的灵敏度为70pC/g(g为重力加速度),电荷放大器灵敏度为10mV/pC,试确定输入3g(平均值)加速度时,电荷放大器的输出电U(平均值,不考虑正负号)为____B____mV。 压o 并计算此时该电荷放大器的反馈电容C f 为___D____pF。 A. 441 B. 2100 C. 2.1 D. 100 3.用压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力,压电元件用两片压电陶瓷并联,压电常数为200?10-12C/N,电荷放大器的反馈电容C f=2000pF,测得输出电压u o=5sinωt(V)。求:1)该压电传感器产生的总电荷Q(峰值)为____A,10000____pC。 2)此时作用在其上的正弦脉动力(瞬时值)为____D,50____N。 A. 10000 B. 400 C. 200 D. 50 1

传感器习题第6章 压电式传感器

第6章 压电式传感器 1、一只x 切型的石英晶体压电元件,其N C d /1031.21211-?=,相对介电常数5.4=r ε, 横截面积25cm A =,厚度cm h 5.0=。求: (1)纵向受N F x 8.9=的压力作用时压电片两电极间输出电压值为多大? (2)若此元件与高输入阻抗运放连接时连接电缆的电容为pF C c 4=,该压电元件的输出电压值为多大? 解: (1)所谓纵向受力,是指作用力沿石英晶体的电轴方向(即x 轴方向)。对于x 切型的石英晶体压电元件,纵向受力时,在x 方向产生的电荷量为: C F d q x x 121211106.228.91031.2--?=??== 压电元件的电容量为: F h A C r a 12241201098.3105.01051085.85.4----?=?????==εε 所以两电极间的输出电压值为 V C q U a x 68.510 98.3106.221212 0=??==-- (2)此元件与高输入阻抗运放连接时,连接电缆的电容与压电元件本身的电容相并联,输出电压将改变为: V C C q U c a x 83.21041098.3106.221212120=?+??=+='--- 2、(选作)一只石英晶体压电式传感器的面积21cm A =,厚度d=1mm ,固定在两块金属板之间,用来测量作用在晶体两表面上的力的变化。已知石英的弹性模量Pa E 10109?=,相对介电常数1.5=r ε,传感器的电荷灵敏度N pC S q /2=,电阻Ω=1410a R 。另有一个pF C L 20=的电容和一个Ω=M R L 100的电阻与极板并联。所加外力N t F )10sin(01.03=。试求: (1)两极板间电压的峰-峰值; (2)晶体厚度的最大变化。 解: (1) 石英晶体受力最大时,产生的电荷量最多。受力方向改变时,电荷符号也随之改变。

第6章 压电式传感器习题

第6章压电式传感器习题 第6章压电式传感器 1、为什么压电式传感器不能用于静态测量,只能用于动态测量中?而且是频率越高越好? 2、什么是压电效应?试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应 3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么,为什么? 4、有一压电晶体,其面积为20mm2,厚度为10mm,当受到压力P=10MPa作用时,求产生的电荷量及输出电压: (1)零度X切的纵向石英晶体; (2)利用纵向效应的BaTiO3。 解:由题意知,压电晶体受力为 F=PS=10×106×20×10-6=200(N) (1)0°X切割石英晶体,εr=4.5,d11=2.31×10-12C/N 等效电容 36120101010205.41085.8---?????==d S C r aεε=7.97×10-14 (F) 受力F产生电荷 Q=d11F=2.31×10-12×200=462×10-2(C)=462pC 输出电压()V C Q U a a3141210796.51097.710462?=??==--

(2)利用纵向效应的BaTiO3,εr=1900,d33=191×10-12C/N 等效电容361201010102019001085.8---?????==d S C r aεε =33.6×10-12(F)=33.6(pF) 受力F产生电荷 Q=d33F=191×10-12×200=38200×10-12(C)=3.82×10-8C 输出电压()V C Q U a a312810137.1106.331082.3?=??==--5、某压电晶体的电容为1000pF,k q=2.5C/cm,电缆电容C C =3000pF,示波器的输入阻抗为1MΩ和并联电容为50pF,求: (1)压电晶体的电压灵敏度足K u; (2)测量系统的高频响应; (3)如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率是多少? (4)如频率为10Hz,允许误差为5%,用并联连接方式,电容值是多大? 解:(1) cm V pF cm C C K K a q u/105.21000/5.2/9?=== (2)高频(ω→∞)时,其响应i c a q i c a m am u C C C k C C C d F U K++=++== 33()cm/V.F cm /C.8121017610 503000100052?=?++=- (3)系统的谐振频率

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