醫(yī)用傳感器壓電式傳感器

關(guān)于醫(yī)用傳感器壓電式傳感器第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月等效電路及測量電路1.2第6章壓電式傳感器壓電效應(yīng)及材料6.16.26.3壓電傳感器的應(yīng)用第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)壓電效應(yīng)

某些電介質(zhì),當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r,其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象（內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移）,同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷,當(dāng)外力去掉后,其又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力方向改變時,電荷的極性也隨之改變。這種機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象,稱為“正壓電效應(yīng)”。壓電效應(yīng)第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電效應(yīng)--定義某些電介質(zhì)（晶體），當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。

第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電效應(yīng)--分類正壓電效應(yīng)：當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨之改變，常把這種機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱正壓電效應(yīng)（或順壓電效應(yīng)）。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會在產(chǎn)生幾何變形，當(dāng)外加電場

撤去時，這些變形也隨之消失，這種將電能轉(zhuǎn)化成機械能的現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng)（或稱電致伸縮效應(yīng)）。

第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電效應(yīng)具有可逆性，利用這一特性可以實現(xiàn)機械能和電能的相互轉(zhuǎn)換。

壓電效應(yīng)--特性壓電元件機械能電能逆壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電晶體：如石英等；壓電陶瓷：如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；新型壓電材料：壓電半導(dǎo)體(如硫化鋅、碲化鎘等)

高分子壓電材料。自然界中大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng),但壓電效應(yīng)十分微弱

壓電材料--分類分類具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月石英是單晶體，具有規(guī)則的幾何外形，其形狀為六角形晶柱，兩端呈六棱錐形狀。二、石英晶體第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月Z軸(光軸），是晶體的對稱軸，用光學(xué)方法確定，作為基準(zhǔn)軸。X軸(電軸)，經(jīng)過正六棱柱相對的兩個棱線，且垂直于光軸，該軸壓電效應(yīng)最顯著。Y軸(機械軸)，垂直于兩個相對的表面，在此軸上加力產(chǎn)生的變形最大。第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月石英晶體壓電效應(yīng)機理石英晶體：SiO2代表硅離子Si4++“

”代表硅離子

2O2–_“

”當(dāng)石英晶體沒有受到外力作用時：正負(fù)電荷中心重合晶體表面不產(chǎn)生電荷，呈電中性。第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.當(dāng)石英晶體在X軸方向上受到壓力時：結(jié)果：A面上呈現(xiàn)負(fù)電荷B面上呈現(xiàn)正電荷這種沿X軸施加力，而在垂直于X軸的晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，就是“縱向壓電效應(yīng)”。第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2.當(dāng)石英晶體在Y軸方向上受到壓力時：結(jié)果：A面上呈現(xiàn)正電荷B面上呈現(xiàn)負(fù)電荷這種沿Y軸施加力，而在垂直于X軸的晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，就是“橫向壓電效應(yīng)”。第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.當(dāng)石英晶體在Z軸方向上受到壓力時：正負(fù)電荷始終中心重合，所以晶體表面無電荷產(chǎn)生。沿Z軸方向施加外力，石英晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月縱向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月表面電荷的計算問題有一石英晶體，其長度為5mm，寬度為4mm，厚度為10mm，當(dāng)受到壓力P=10MPa作用時，求在縱向壓電效應(yīng)的壓縮力作用下產(chǎn)生的電荷量。（d=2.31PC/N）xbzyac第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月xbzyac當(dāng)沿X軸施加作用力時，晶片產(chǎn)生厚度變形，并在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷，且電荷密度與應(yīng)力成正比：——x軸方向受力的壓電系數(shù)；第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月xbzyac沿y軸施加作用力時，晶片產(chǎn)生長度變形，并在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷，且電荷密度與應(yīng)力成正比：——y軸方向受力的壓電系數(shù)；晶片厚度第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：①當(dāng)晶片受到x方向的壓力作用時，qx只與作用力Fx

成正比，而與晶片的尺寸無關(guān)；②沿機械軸y方向向晶片施加壓力時，產(chǎn)生的電荷與

幾何尺寸有關(guān)；③石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)的；④晶體在哪個方向上有正壓電效應(yīng)，則在此方向上一定存在逆壓電效應(yīng)；⑤無論是正或逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與電荷之間皆呈線性關(guān)系。第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷。常用的壓電陶瓷材料有鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）及非鉛系壓電陶瓷（如BaTiO3等）。壓電陶瓷產(chǎn)品壓電陶瓷的壓電效應(yīng)第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電陶瓷：屬于鐵電體一類的物質(zhì),是人工制造的多晶體壓電材料,具有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)的電疇結(jié)構(gòu)

電疇:

分子自發(fā)形成的區(qū)域,有一定的極化方向,從而存電場①未加電場∴原始的壓電陶瓷內(nèi)呈中性不具有壓電性質(zhì)。

在無電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布它們的極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

壓電陶瓷是人工多晶鐵電體，原始的壓電陶瓷呈現(xiàn)各向同性不具有壓電性。在無外電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質(zhì)。

a)極化前b)極化c)極化后第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月②加電場

施加外電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向外電場方向排列。從而使材料得到極化。外電場愈強，就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向。當(dāng)外電場強度大到使材料的極化達(dá)到飽和程度，即極化方向都整齊地與外電場方向一致，當(dāng)外電場去掉后電疇的極化方向基本不變，即剩余極化強度很大?！鄩弘娞沾蓸O化后具有壓電特性未極化時是非壓電體第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)極化處理前剩余極化強度剩余伸長(c)極化處理后直流電場E電場作用下的伸長(b)極化處理中第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月由于經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷其內(nèi)部極化強度不為0，即在陶瓷的一端出現(xiàn)正束縛電荷，另一端出現(xiàn)負(fù)束縛電荷。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來自外界的自由電荷。這些自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符號相反而數(shù)量相等。所以整體上表現(xiàn)為電中性。－－－－－

－－－－－

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月如果在陶瓷片上加一個與極化方向平行的壓力F，如圖，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮形變，片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的距離變小，極化強度也變小。因此，原來吸附在電極上的自由電荷，有一部分被釋放，而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的正、負(fù)電荷之＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋

極化方向正壓電效應(yīng)示意圖（實線代表形變前的情況，虛線代表形變后的情況）F－＋

間的距離變大，極化強度也變大，因此電極上又吸附一部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象。這種由機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是正壓電效應(yīng)。第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

d33—壓電陶瓷的壓電系數(shù)F—作用力晶體極化后，沿極化方向（垂直極化平面）作用力時，引起剩余極化強度變化，在極化面上產(chǎn)生電荷，電荷量的大小與外力成正比關(guān)系：d33>>d11、d12

∴壓電陶瓷制作傳感器靈敏度比壓電晶體高第30頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月同樣，若在陶瓷片上加一個與極化方向相同的電場，如圖，由于電場的方向與極化強度的方向相同，所以電場的作用使極化強度增大。這時，陶瓷片內(nèi)的正負(fù)束縛電荷之間距離也增大，就是說，陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長形變。同理，如果外加電場的方向與極化方向相反，則陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生縮短形變。－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－極化方向電場方向Ｅ

這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象，就是逆壓電效應(yīng)。第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月種類：壓電單晶體，如石英等；壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；壓電半導(dǎo)體，如硫化鋅、碲化鎘等。對壓電材料特性要求：①轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大壓電常數(shù)。②機械性能。希望它的機械強度高、剛度大，以期獲得寬的線性范圍和高的固有振動頻率。③電性能。希望具有高電阻率和大介電常數(shù)，以減弱外部分布電容的影響并獲得良好的低頻特性。④環(huán)境適應(yīng)性強。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點，獲得較寬的工作溫度范圍。⑤時間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時間變化。

壓電材料第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月一、等效電路

壓電傳感器在受外力作用時，在兩個電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。這時它相當(dāng)于一個以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為

式中：ε0為真空介電常數(shù)；ε為壓電材料的相對介電常數(shù)；d為壓電元件的厚度；A為壓電元件極板面積。

第二節(jié)等效電路和測量電路第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)壓電晶體在外力作用下，其兩個極面上將出現(xiàn)極性相反電量相等的電荷∴壓電傳感器可以看作電荷發(fā)生器,圖(a)同時,它也是一個電容器,晶體上聚集正、負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個極板,極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì),圖(b)＋＋＋＋

――――

q電極壓電晶體(a)

壓電傳感器的等效原理qCa(b)第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)兩極板聚集異性電荷時,則兩極板呈現(xiàn)一定的電壓,大小為＋＋＋＋

――――

q電極壓電晶體(a)

壓電傳感器的等效原理qCa(b)A、d-壓電片的面積、厚度ε0(=1/3.6

π)、εr-真空、壓電材料的相對介電常數(shù)電容量第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（a）等效電壓源一個與電容相串聯(lián)的電壓源（b）等效電荷源

Caua（a）電壓源qCa（b）電荷源

一個與電容相并聯(lián)電荷源電壓靈敏度

電荷靈敏度

兩者的關(guān)系第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電傳感器的完整等效電路（a）電壓源;（b）電荷源壓電傳感器與測量儀表聯(lián)接時，還必須考慮電纜電容CC，前置放大器的輸入電阻Ri和輸入電容Ci以及傳感器的絕緣電阻Ra。壓電傳感器完整的等效電路可表示成圖所示。第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月只有當(dāng)壓電傳感器內(nèi)部信號電荷無漏損或外接電路負(fù)載RL無窮大時,壓電傳感器受力后產(chǎn)生的電壓或電荷才能長期保存,否則電路將以某時間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電對于靜態(tài)、低頻測量極為不利,必然帶來誤差只有外力不斷以較高頻率作用,傳感器的電荷才能得以補充,壓電晶體不適合于靜態(tài)測量在實際使用時壓電傳感器總要與測量儀器或測量電路相連接，需考慮壓電傳感器的泄漏電阻、連接電纜的等效電容、前置放大器的輸入電阻和輸入電容等思考：壓電晶體不適合于靜態(tài)測量？第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、測量電路

壓電傳感器要求測量電路的前級輸入端要有足夠高的阻抗，這樣才能防止電荷迅速泄漏而使測量誤差變大。壓電傳感器的前置放大器有兩個用處：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號進(jìn)行放大。

∵傳感器的內(nèi)阻很大,而輸出信號較小,一般不能直接取用∴需要接入高輸入阻抗的前置放大器第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)壓電傳感器等效電路可知，傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號∴有相應(yīng)兩種形式（1）電壓放大器：也稱作阻抗變換器，其輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比（2）電荷放大器：其輸出電壓與輸入電荷成正比

第42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）電壓放大器（1）電路原理圖等效電阻等效電容圖6-9電壓放大器電路原理及其等效電路圖

等效電路放大器電路傳感器的泄漏電阻Re；連接電纜的等效電容Ce；前置放大器的輸入電阻Ri；輸入電容Ci電容器上的電壓

ua=q/Ca第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月f=Fmsinωt（Fm為幅值）如果壓電元件沿電軸為正弦作用力變化，產(chǎn)生的電荷與電壓也按正弦變化，即Um=dFm/Ca

壓電元件輸出電壓幅值

d—壓電系數(shù)等效電路放大器電路第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月Ui的幅值Uim為

.等效電路放大器電路（2）放大器輸入端的電壓Ui分析第45頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入電壓和作用力之間相位差為

Ui的幅值Uim為

.當(dāng)作用于壓電元件的力為靜態(tài)力（ω=0）時，前置放大器的輸出電壓等于零，因為電荷會通過放大器輸入電阻和傳感器本身漏電阻漏掉，所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)力的測量。第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

由上式可以看出放大器輸入電壓幅度與被測頻率無關(guān)，當(dāng)改變連接傳感器與前置放大器的電纜長度時，Cc將改變，從而引起放大器的輸出電壓也發(fā)生變化。在設(shè)計時，通常把電纜長度定為一常數(shù)，使用時如要改變電纜長度，則必須重新校正電壓靈敏度值。電壓靈敏度理想情況下，傳感器的電阻值Re與前置放大器輸入電阻Ri都為無限大，即ω(Ca+Ce+Ci

)R>>1，則輸入電壓幅值Uim

：第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：理想情況下，輸入電壓幅值

（a）當(dāng)ω/ω0>3時，Uim與F的ω?zé)o關(guān)，高頻響應(yīng)特性較好（c）當(dāng)ω(Ca+Ce+Ci)R>>1，改變壓電傳感器的引線電纜長度時，其電纜電容Ce的變化將引起放大器Uim的變化∴測量中通常電纜長度需固定(Ce=常數(shù))，否則將引入測量誤差（d）電壓靈敏度Ku

（b）當(dāng)為靜態(tài)力時(ω=0)時，前置放大器的輸出電壓=0

所以壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）電荷放大器為解決電纜分布電容對傳感器靈敏度的影響和低頻響應(yīng)差的缺點，可采用電荷放大器。

電荷放大器具有深度負(fù)反饋的高增益放大器，常作為壓電傳感器的輸入電路，由一個反饋電容Cf和高增益運算放大器A構(gòu)成。由于放大器的開環(huán)增益A足夠大，并且輸入端阻抗很高，放大器輸入端幾乎沒有分流，運算電流僅流入反饋回路Cf。圖6-10電荷放大器等效電路f第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入到放大器的電荷量為A:放大器的開環(huán)增益倍數(shù)輸出電壓

放大器輸入電荷而反饋電容Cf上的電荷有

代入第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)A>>1，而(1+A)Cf>>Ca+Cc+Ci時，上式簡化為

q：傳感器電荷整理,得放大器的輸出電壓第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月(a)當(dāng)A足夠大時，輸出電壓與A無關(guān)，電荷放大器的輸出電壓uo取決于傳感器產(chǎn)生的電荷量q及反饋電容Cf

，與電纜電容Cc無關(guān)，改變Cf的大小便可得到所需的電壓輸出（Cf

=100~104pF；）(b)傳感器本身的電容Ca和電纜電容Cc將不影響電荷放大器的輸出，故電纜引線長度變化不會帶來測量誤差輸出電壓uo第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月使用電壓放大器時，測量系統(tǒng)對電纜電容的變化很敏感，連接電纜長度的變化明顯影響測量系統(tǒng)的輸出；使用電荷放大器時，電纜長度變化的影響幾乎可忽略不計。但與電壓放大器相比，電荷放大器價格要高很多，電路也較復(fù)雜，調(diào)整起來也較困難。電壓放大器和電荷放大器的主要區(qū)別：第53頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月【例】如圖所示電荷前置放大器電路。已知Ca=100pFRa=∞，CF=10pF。若考慮引線Cc的影響，當(dāng)A0＝104時要求輸出信號衰減小于1％。求：使用90pF/m的電纜其最大允許長度為多少?第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

在實際應(yīng)用中，由于單片的輸出電荷很小，因此，組成壓電式傳感器的晶片不止一片，常常將兩片或兩片以上的晶片粘結(jié)在一起。粘結(jié)的方法有兩種，即并聯(lián)和串聯(lián)。（三）壓電傳感器的級聯(lián)方式第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)方法兩片壓電晶片的負(fù)電荷集中在中間電極上，正電荷集中在兩側(cè)的電極上，傳感器的電容量大、輸出電荷量大、時間常數(shù)也大，故這種傳感器適用于測量緩變信號及電荷量輸出信號。(a)并聯(lián)++－－－+第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)方法正電荷集中于上極板，負(fù)電荷集中于下極板，傳感器本身的電容量小、響應(yīng)快、輸出電壓大，故這種傳感器適用于測量以電壓作輸出的信號和頻率較高的信號。(b)串聯(lián)+－－+第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)連接串聯(lián)連接（1）并聯(lián)：（2）串聯(lián)：第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電式傳感器可用于力、壓力、速度、加速度、振動等許多非電量的測量，可做成力傳感器、壓力傳感器、振動傳感器等等。一、壓電式測力傳感器

壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換的傳感器。目前，測力傳感器已組成各種錘頭型測力錘，可測量動態(tài)力、準(zhǔn)靜態(tài)力和沖擊力等。壓電式力傳感器外形圖第三節(jié)壓電傳感器的應(yīng)用第59頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電式力傳感器結(jié)構(gòu)傳感器上蓋為傳力元件，它的外緣壁厚為0.1～0.5mm，外力作用使它產(chǎn)生彈性變形，將力傳遞到石英晶片上。利用其縱向壓電效應(yīng)，通過d11實現(xiàn)力—電轉(zhuǎn)換。第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月通過彈性膜、盒等，把壓力收集，轉(zhuǎn)換成力，再傳遞給壓電元件。為保證靜態(tài)特性及其穩(wěn)定性，通常多采用石英晶體作壓電元件。引線殼體基座壓電晶片受壓膜片導(dǎo)電片p第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月二、壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)當(dāng)加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力F的作用，產(chǎn)生電荷。

q=d11F=d11ma第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：在體育動態(tài)測量中的應(yīng)用壓電式步態(tài)分析跑臺壓電式縱跳訓(xùn)練分析裝置壓電傳感器測量雙腿跳的動態(tài)力第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：壓電式血壓傳感器例3：指套式電子血壓計第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

測量時將心音傳感器底座用橡皮膏與人體體表粘結(jié)，傳感器感受與人體體表相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電晶體上，壓電晶體便產(chǎn)生電荷。心音是一種生物機械振動現(xiàn)象，加速度型心音傳感器是將一個質(zhì)量塊以一定的預(yù)應(yīng)力安裝在雙壓電晶體上，壓電晶體和導(dǎo)線都用導(dǎo)電膠粘結(jié)在底座上。例4：加速度型心音傳感器第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例5：微重力壓電晶體生物傳感器石英晶體的諧振頻率極大地依賴于晶體以及涂層的組合質(zhì)量。石英傳感器，其表面吸附的被分析物質(zhì)而引起的諧振頻率變化關(guān)系為：利用這一原理可對溶液中許多化合物，通過電極上的電解沉淀進(jìn)行測量，例如監(jiān)測微生物的生長率，該方法當(dāng)濃度在范圍內(nèi)，有很好的線性。第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例6：超聲診斷儀探頭如果換能器中壓電陶瓷的振蕩頻率在超聲波范圍，則其發(fā)射或接收的聲頻信號即為超聲波，這樣的換能器稱為壓電超聲換能器。第67頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)動凸輪開關(guān)1，利用凸輪凸出部分推動沖擊塊3，并壓縮沖擊塊后的彈簧2。當(dāng)凸輪凸出部分脫離沖擊塊后。由于彈簧彈力作用，沖擊塊給陶瓷壓電元件4一個沖擊力，便在壓電元件兩端產(chǎn)生高壓，并從中間電極5輸