生物医学传感压电式课件.ppt
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- 生物医学 传感 压电 课件
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1、生物医学传感压电式上次课内容回顾上次课内容回顾 自感式传感器自感式传感器 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 电涡流式传感器电涡流式传感器10/10/20222 工作原理工作原理-压电效应压电效应压电材料压电材料(石英、压电陶瓷)特性石英、压电陶瓷)特性等效电路及测量电路等效电路及测量电路压电传感器的应用压电传感器的应用10/10/20223一、压电效应一、压电效应10/10/2022410/10/20225何为压电式传感器?10/10/2022610/10/20227气体、充气、弹性体放大传感器输出的弱信号压电材料(石英、压电陶瓷)特性(P1+P2+P3)Z=0另外,医用超声仪器:超声治疗
2、机、超声多普勒血流记、超声手术刀、超声显微镜等等3、SAW传感器的基本原理电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。2、低成本,利用半导体工艺的光刻技术(平面工艺);与气相色谱相结合,实现不通气体组分时间上的分离。前置放大器也有两种形式:7-1 压电式传感器光轴:z电轴:x机械轴:y传感器电压灵敏度Ku:3110-12C/N,相对介电常数r=4.4、声表面波器件可以十分方便地产生高频信号;当两极板聚集异性电荷时,则两极板呈现一定的电压,其大小为:结合敏感膜材料的SAW气体检测的基本原理:(5)叉指的周期M。一、声表面波的基本原理电压放大器:其输出电压与输入电压(传感器的输出电压)成正比;1
3、0/10/20228高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆 10/10/2022910/10/202210天然形成的石英晶体外形天然形成的石英晶体外形10/10/202211石英晶体三个晶轴石英晶体三个晶轴光轴:光轴:z z电轴:电轴:x x机械轴:机械轴:y y10/10/202212石英晶体的产生压电效应的物理过程:石英晶体的产生压电效应的物理过程:10/10/202213Y+-X(a)FX=0P1P2P3 作用力与产生电荷之间的关系:作用力与产生电荷之间的关系:FXXY+FX(b)FX0(P1+P2+P3)Y=0 (P1+P2+P3)Z=010/10/202
4、214(P1+P2+P3)X0Y+-X-+FXFXP2P3P1+10/10/20221510/10/202216石英晶体切片石英晶体切片石英晶体薄片石英晶体薄片双面镀银并封装双面镀银并封装10/10/20221710/10/2022187-2 声表面波传感器4、声表面波器件可以十分方便地产生高频信号;高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆与气相色谱相结合,实现不通气体组分时间上的分离。均匀叉指换能器的指条宽度等于指条间隔宽度,即 a=b=M/4二、SAW传感器的工作原理2、低成本,利用半导体工艺的光刻技术(平面工艺);传感器电压灵敏度Ku:电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。工作原理-压
5、电效应2、压电式压力传感器压电基片内出现的电场分布在放大器开环增益A足够大时:电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。7-1 压电式传感器 石英晶体的压电效应瑞利波(Rayleigh波)(c)FX0(P1+P2+P3)Y=0一、声表面波的基本原理4、声表面波器件可以十分方便地产生高频信号;10/10/20221910/10/20222010/10/20222110/10/202222654321363534333231262524232221161514121211321ddddddddddddddddddPPPEEE)6,.,2,1;3,2,1(61imdPiimiEm为切应力。为正应
6、力,为应力分量,方向的分量;为电极化强度在方向;第二个下标为机械效应个下标为电效应方向,为压电应变常数,第一式中:654321,iEmmimPd10/10/202223)6,.,2,1;3,2,1(61imdDiimim为切应力。为正应力,为应力分量,方向的分量;为自由电荷面密度在方向;第二个下标为机械效应个下标为电效应方向,为压电应变常数,第一式中:654321,immimDd10/10/202224F1XY+F1 F103110-12C/N,相对介电常数r=4.3、高强度,易于设计;瑞利波质点运动随深度的变化压电基片内出现的电场分布瑞利波(Rayleigh波)二、SAW传感器的工作原理压电
7、传感器实际的等效电路Ra 传感器的漏电阻2、SAW叉指换能器的制备 石英晶体的压电效应 石英晶体的压电效应 石英晶体的压电效应8N的压力作用时压电片两电极间输出电压值为多大?3、高强度,易于设计;3、高强度,易于设计;基片上电极制作流程示意图。电压放大器:其输出电压与输入电压(传感器的输出电压)成正比;4、声表面波器件可以十分方便地产生高频信号;(5)叉指的周期M。电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。当两极板聚集异性电荷时,则两极板呈现一定的电压,其大小为:7-2 声表面波传感器电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益放大器。二、SAW传感器的工作原理四、等效电路与测量电路高分子压电材
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