檢測技術壓電磁敏傳感器第1頁，課件共23頁，創作于2023年2月壓電效應（正向壓電效應）：對某些電介質沿一定方向施以外力使其變形時，其內部將產生極化現象而使其表面出現電荷集聚的現象。在外力去除后又重新恢復到不帶電狀態。稱為壓電效應。逆向壓電效應（電致伸縮效應）：當某晶體沿一定方向受電場作用時，在一定的晶軸方向將產生機械變形或應力。外加電場消失后，晶體內部的應力或變形也隨之消失。8.1壓電效應第2頁，課件共23頁，創作于2023年2月壓電材料

具有壓電效應的電介質材料，如石英晶體，鈦酸鋇，鋯鈦酸鉛等石英晶體：各向異性。縱軸Z（光軸）；X軸（電軸）:經過六棱柱棱線并垂直于光軸；Y軸（機械軸）。第3頁，課件共23頁，創作于2023年2月沿X軸向受力：（縱向壓電效應）沿Y軸向受力：（橫向壓電效應）沿Z軸向受力：無電荷產生如果對石英晶片施加交變電場，將產生機械振動（逆壓電效應），如超聲波探頭。第4頁，課件共23頁，創作于2023年2月第5頁，課件共23頁，創作于2023年2月壓電材料分為：壓電晶體、壓電陶瓷、高分子壓電材料居里點：壓電材料完全喪失壓電性質時對應的溫度點。（1）石英晶體壓電系數d11=2.1x10-12C/N居里點：573度機械性能穩定，強度高。（2）壓電陶瓷：人工合成的多晶體壓電材料，由無數細微電疇組成。電疇：自發極化的小區域。第6頁，課件共23頁，創作于2023年2月

壓電陶瓷的壓電系數比石英晶體的大得多，所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛（PZT）系列，它是鈦酸鉛（PbTiO2）和鋯酸鉛（PbZrO3）組成的（Pb（ZrTi）O3）。居里點在300℃以上，性能穩定，有較高的介電常數和壓電系數（3）高分子壓電材料如聚二氟乙烯(PVF2)、聚氯乙烯(PVC)等。第7頁，課件共23頁，創作于2023年2月8.2壓電式傳感器的測量電路壓電傳感器等效電路第8頁，課件共23頁，創作于2023年2月前置放大器壓電傳感器產生的電荷量很小，而內阻又非常大，故其帶負載能力非常弱。后續測量電路必須具有極高的輸入阻抗，因此壓電傳感器通常要先接一個高輸入阻抗的前置放大器，作阻抗變換后再進行其他變換和處理。前置放大器種類：

電壓放大器、電荷放大器第9頁，課件共23頁，創作于2023年2月第10頁，課件共23頁，創作于2023年2月電荷放大器圖8-6電荷放大器原理第11頁，課件共23頁，創作于2023年2月8.3壓電式傳感器的應用壓電式力傳感器可用于測量動態、短期靜態的振動和沖擊力，機械結構的拉伸和壓縮力第12頁，課件共23頁，創作于2023年2月壓電式加速度傳感器主要指標：電荷靈敏度：50pC/g頻率范圍：0.2-9000Hz（±10%)安裝諧振點:27kHz橫向靈敏度：≤5%副值線性：1500g（±10%)重量：15gm

使用溫度范圍：-40～+150℃安裝螺紋：M5mm內部結構：隔離剪切用途：通用測振第13頁，課件共23頁，創作于2023年2月第9章磁敏式傳感器主要內容：A霍爾傳感器-霍爾效應與霍爾元件-參數及特性-霍爾傳感器應用B磁敏電阻第14頁，課件共23頁，創作于2023年2月9.1霍爾式傳感器（HallSensor)霍爾效應

（Halleffect)一半導體薄片，在它兩端通以電流I，在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，則在薄片的另兩端會產生一個與控制電流I和磁感應強度B的乘積成比例的電動勢UH,這個電動勢稱霍爾電動勢，這個現象稱霍爾效應。第15頁，課件共23頁，創作于2023年2月霍爾效應產生機理霍爾效應是由于運動的載流子（電子/空穴）受到洛倫茲力作用的結果。洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力。洛倫茲力的方向循右手螺旋定則垂直于v和B構成的平面，為由v轉向B的右手螺旋的前進方向（若q為負電荷，則反向）。由于洛倫茲力始終垂直于電荷的運動方向，所以它對電荷不作功，不改變運動電荷的速率和動能，只能改變電荷的運動方向使之偏轉。

第16頁，課件共23頁，創作于2023年2月霍爾電勢當電場力和洛侖茲力相等時，電子積累達到動態平衡，此時形成的電位差就是霍爾電勢UH。由于半導體材料的電阻率及遷移率都很大，故霍爾系數很大，適合制作霍爾元件第17頁，課件共23頁，創作于2023年2月霍爾元件的靈敏度KHKH=RH/d則UH=KHIB(霍爾電勢的大小正比于激勵電流I和磁感應強度B的成績）霍爾元件的主要特性參數：（1）額定激勵電流IH（2）靈敏度KH（3）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro（4）不等位電勢U0和不等位電阻r0（5）霍爾電勢溫度系數和（6）內阻溫度系數第18頁，課件共23頁，創作于2023年2月9.2霍爾傳感器的應用霍爾元件根據其輸出特性分為線性輸出型和開關輸出型兩種。1）霍爾線性輸出傳感器,廣泛用于磁場檢測，無刷直流電機控制等場合。A1301(Allegro公司）第19頁，課件共23頁，創作于2023年2月例2單片霍爾式電流傳感器Allegromicro公司ACS系列霍爾式電流傳感器不同系列量程在20A～100A不等第20頁，課件共23頁，創作于2023年2月開關量輸出型霍爾傳感器例3：A1101系列霍爾開關式傳感器應用電路第21頁，課件共23頁，創作于2023年2月霍爾傳感器的應用1）保持激勵電流I不變，使磁感應強度B變化，用于測量磁場強度（高斯計），微位移，轉速等2）保持B不變，而激勵電流變化，用于測量電流、電壓3）當B和I都變化時，傳感器輸出與兩者的成績成正比，用于乘法器、功率測量等。第22頁，課件共23頁，創作于2023年2月磁敏電阻