压电泵是种新型流体驱动器。它不需要附加驱动电机，而是利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子产生变形，再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出或者利用压电振子产生波动来传输液体由于压电泵具有传统泵所不具备的特点，如果能将传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体，可实现结构简单、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰，可根据施加电压或频率控制输出微小流量。尽管它的发明与发展仅2O多

　　压电泵是种新型流体驱动器。它不需要附加驱动电机，而是利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子产生变形，再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出或者利用压电振子产生波动来传输液体由于压电泵具有传统泵所不具备的特点，如果能将传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体，可实现结构简单、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰，可根据施加电压或频率控制输出微小流量。尽管它的发明与发展仅2O多年的历史，但在航空航天器、机器人、汽车、医疗器械、生物基因工程、微型机械等领域里得到成功的应用。 　　压电泵是微型泵制造技术的革命性产品，它将带动和影响基础工业的发展与进步。鉴于压电泵有广泛的应用前景，现在世界上许多国家(美国、日本、德国、瑞典、荷兰、新加坡等)都在进行这方面的研究工作,在中国压电泵863计划和国家自然科学基金项目。中国第一部压电泵企业标准与2007年5月由亚通泵业有限公司首次制定。压电泵是新一代的工业基础产品，可广泛应用于小型移动设备、CPU及显示卡、游戏机控制板、笔记本电脑、刀片服务器、光生伏打电池、LED灯、家电、医疗器械、石化设备、生物医学、汽车和航空电子设备等水冷技术方案的产品配套，它高效、节能、环保，将有效促进相关产业的技术革命，提高产品配套能力，积极推动工业产业链的形成和发展，社会及经济效益极其显着。 　　压电泵由压电振子、泵阀和泵体组成。工作中，当压电振子两端施加交流电源U时，压电振子在电场作用下径向压缩，内部产生拉应力，从而使压电振子弯曲变形。当压电振子正向弯曲时，压电振子伸长，泵腔容积增大，腔内流体压力减小，泵阀打开，液体进入泵腔;当压电振子向反向弯曲时，压电振子收缩，泵腔容积减小，腔内流体压力增大，泵阀关闭，泵腔液体被挤压排出，形成平缓的连续不断的定向流动。 　　压电泵技术创新的特点 　　采用电声陶瓷材料衍生改进制作出高性能压电振子。具有较强的散热稳定性、强度高、韧性好、抗断裂性能好、弹性模量大、抗氧化性强诸多优点，且材料的电气参数具有Kp大，机电转换率高，交流电容抗大，介电常数高，径向振动大等特点本产品结构简单、响应速度快、体积小、无噪音、压力大、扬程高、不泻压、无污染、安装使用方便等特点。 　　压电泵的背景技术及发展 　　20世纪70年代美国Sandin国家试验室N.J.Spenser博士就开始对压电泵研究，1993年吉林大学访问学者杨志刚博士等人由日本引进该技术，在吉林大学建立实验室进行压电薄膜泵的研究。到目前为止该技术已被列为六项863计划，和八项国家科学自然基金和创新基金资助项目。亚通泵业是国内最早从事精密压电泵应用技术的研发与生产、销售的单位，拥有多项压电泵领域的专利技术。其产品完全符合中国家用电器的安全标准，取得了CE认证，产品可以进入欧洲市场。

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1、第6章 压电式传感器一、单项选择题1、对石英晶体，下列说法正确的是（ ）。A. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。B. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。C. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。D. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（ ）A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压

2、电陶瓷好3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（ ） A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍4、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（ ）A. 串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半5、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（ ）原理。A.磁阻效应 B. 压阻效应C. 正压电效应 D.逆压电效应6、压电

3、陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。A前者比后者灵敏度高 B后者比前者灵敏度高C前者比后者性能稳定性好 D前者机械强度比后者的好7、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（ ）。A晶体厚度成反比 B晶体面积成正比C作用在晶片上的压力成正比 D剩余极化强调成正比8、压电式传感器目前多用于测量（ ）。A静态的力或压力 B动态的力或压力C位移 D温度9、压电式加速度传感器是适合测量下列哪种信号（ ）。A. 适于测量任意 B. 适于测量直流 C. 适于测量缓变 D. 适于测量动态10、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（ ）。A产生纵向压电效应 B. 产生横向压电效应C不产生压电效应 D. 产生

4、逆向压电效应11、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与（ ）成正比。A输入电荷 B.反馈电容C电缆电容 D.放大倍数12、石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（ ）A不产生压电效应 B. 产生逆向压电效应 C. 产生横向压电效应 D产生纵向压电效应 13、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（ ）A与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变 B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍C与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍 D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电

5、压不变 二、多项选择题1、压电晶体式传感器其测量电路常采用（ ）。A. 频率放大器 B. 电荷放大器C. 电流放大器 D. 功率放大器2、压电式传感器是高阻抗传感器，要求前置放大器的输入阻抗（ ）。A 很大 B 很低 C 不变 D 随意3、以下因素在选择合适的压电材料时必须考虑的有：（ ）A.转换性能 B.电性能 C.时间稳定性 D.温度稳定性4、以下材料具有压电效应的有：（ ） A.所有晶体 B.钛酸钡 C.锆钛酸铅 D.石英三、填空题1、压电式传感器是以某些介质的 作为工作基础的。2、将电能转变为机械能的压电效应称为 。3、石英晶体沿 方向施加作用力不会产生压电效应，没有点电荷产生。4、压

6、电陶瓷需要有 和 的共同作用才会具有压电效应。5、压电式传感器可等效为一个 和一个 并联，也可等效为一个与 相串联的电压源。6、压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己 方向，经过 的压电陶瓷才具有压电效应。7、压电式传感器是一种典型的 传感器（或发电型传感器），其以某些电介质的 为基础，来实现非电量电测的目的。8、压电式传感器的工作原理是基于某些 材料的压电效应9、用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的 与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片 和面积无关。10、沿着压电陶瓷极化方向加力时，其 发生变化，引起垂直于极化方向的平面上 的变化而产生压电效应。11、压电式

7、传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量 的被测量。特别是不能测量 。12、压电式传感器使用放大器时，输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。13、压电式传感器在使用电压前置放大器时，连接电缆长度会影响系统；而使用电荷放大器时，其输出电压与传感器的成正比。14、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有 和两种形式。15、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称 效应。16、石英晶体的X轴称为 _，垂直于X轴的平面上 最强；Y

8、轴称为 ，沿Y轴的 最明显；Z轴称为光轴或中性轴，Z轴方向上无压电效应。17、压电效应将 转变为 ，逆压电效应将 转化为 。18、压电材料的主要特性参数有： 、 、 、 、 及 。（任选4个做填空。）19、压电材料有三类：压电晶体、压电陶瓷和_ _。四、简答题1、什么叫正压电效应？2、什么是逆压电效应？3、什么叫纵向压电效应？4、什么叫横向压电效应？ 5、石英晶体x、y、z轴的名称及其特点是什么？ 6、简述压电陶瓷的结构及其特性？7、画出压电元件的两种等效电路。8、压电元件在使用时常采用多片串接或并接的结构形式。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？9、压电式

9、传感器中采用电荷放大器有何优点？10、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。11、压电材料有哪些？ 12、压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？13、为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？14、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么？为什么？15、试说明压电陶瓷的敏感机理。16、试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。17、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。18、画出压电式元件的并联接法，试述其输出电压、输出电荷和输出电容的关系，并说明它的适用场合？19、画出压电式元件的串联接法，试述其输出电压、输出电

10、荷和输出电容的关系，并说明它的适用场合？20、请简要说明一下什么是电荷放大器。四、计算题1、压电式加速度传感器与电荷放大器联接，电荷放大器又与函数记录仪联接。已知：传感器的电荷灵敏度kq=100(pC/g)，反馈电容Cf=0.01(F),被测加速度a=0.5g。求：(1)电荷放大器的输出电压是多少?电荷放大器的灵敏度是多少?(2)若函数记录仪的灵敏度kg=2mm/mV，求测量系统总灵敏度k0.2、一压电式力传感器，将它与一只灵敏度Sv可调的电荷放大器联接，然后接到灵敏度为Sx=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Sp=5pc/Pa，该测试系统的总灵敏度为S=0.5mm/

11、Pa，试问：（1）电荷放大器的灵敏度Sv应调为何值(v/Pc)?（2）用该测试系统测40Pa的压力变化时，光线示波器上光点的移动距离是多少？3、石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，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时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。第6章 压电式传感器一、单项选择题题号答案知识点1A压电材料2B压电材料3D压电元件的连接4B压电元件的连接5D压电效应6A压电材料7C压电材料8B测量电路9D典型应用10B压电材料11A测量电路12D压电材料13A压电元件的连接二、多项选择题题号答案知识点1ABCD测

12、量电路2ABCD测量电路3ABCD压电材料4BCD压电材料三、填空题题号答案知识点1压电效应压电效应2逆压电效应压电效应3z轴/光轴压电材料4外电场；压力压电材料5电荷源Q；电容器C；电容测量电路6自发的极化；极化处理压电材料7有源；压电效应压电效应8压电压电效应9电荷量；几何尺寸压电材料10晶粒的极化方向；压电特性 压电材料11随时间变化缓慢；静态量测量电路12电荷测量电路13输出电压；压电系数测量电路14电荷放大器 ；电压放大器测量电路15正压电效应；逆压电效应压电效应16电轴；压电效应；机械轴；机械变形压电材料17机械能；电能；电能；机械能压电效应18压电系数；弹性系数；介电常数；机电耦

13、合系数；居里点；电阻压电材料19横向压电材料四、简答题1、 答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。知识点：压电效应2、答：当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。知识点：压电效应3、答：沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。知识点：压电材料4、答：沿石英晶体的y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。知识点：压电材料5、答：石英晶体的z轴：是纵向轴，称为光轴，沿该方

14、向受力不会产生压电效应。石英晶体的x轴：称为电轴，压电效应只在该轴的两个表面产生电荷集聚。沿电轴方向的力作用于晶体时所产生的电荷量的大小与切片的几何尺寸无关。石英晶体的y轴：是机械轴，沿机械轴方向的力作用于晶体时产生的电荷量大小q，与晶体切片的几何尺寸有关。知识点：压电材料6、答：压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴，它有一定的极化方向，从而存在电场。 在无外电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们各自的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。 在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，

15、从而使材料得到极化。外电场愈强， 就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度，即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时，当外电场去掉后，电畴的极化方向基本变化，即剩余极化强度很大，这时的材料才具有压电特性。 知识点：压电材料7、答：知识点：等效电路8、答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了1倍，电容量也增加了1倍，输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。串联接法上、 下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片的一半，输出电压增大了1倍。 适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。知识点：压电元件的连接9、答：电

16、荷放大器的特点是：放大器的输入阻抗极高，输入端几乎没有分流，电荷只对反馈电容充电，充电电压（反馈电容两端的电压）接近于放大器的输出电压。电荷放大器的输出电压o与电缆电容Cc无关，而与Q成正比，这是电荷放大器的突出优点。由于Q与被测压力成线性关系，因此，输出电压与被测压力成线性关系。知识点：测量电路10、答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。知识点：测量电路11、答：压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料知识点：压电材料12、

17、答：结构和应用特点：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，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系,因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。知识点：测量电路13、答：如作

18、用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。知识点：测量电路14、答：基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性，以使传感器能用于更广泛的领域。知识点：测量电路15、答：压电陶瓷产生压电效应的原理 极化前，存在许多自发极化的电畴 极化中，电畴自发极化方向转到与外加电场方向一致 极化后，有剩余极化强度 知识点：压电材料16、答：石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，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。压电陶瓷是一种多晶铁电体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。所谓极化，就是以强电场使“电畴”规则排列，而电畴在极化电场除去后基本保持不变，留下了很强的剩余极化。 当极化后的铁电体受到外力作用时，其剩余极化强度将随之发生变化，从而使一定表面分别产生正负电荷。 在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也会随时间发生变化老化，铁电体老化将使压电效应减弱。 知识点：压电材料17、答：石英晶体是单晶结构，且不同晶向具有各异的物理特性。石英晶体受外力作用而变形时，产生压电效应 。 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料

1、通常希望传感器的输入和输出之间具有一一对应关系，这样的传感器才能如实反映待测的信息。

16 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合曲线间最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度。

15、传感器就是通过敏感元件、传感元件和电子线路把非电生物信息转化成电学量的装置

17、电阻应变片式传感器测量电路采用差动电桥时，不仅可以温度补偿，同时还能起到提高测量灵敏度的作用。

2、直流电桥的补偿包括零位补偿、温漂补偿、非线性补偿、灵敏度温漂补偿。

2、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。

16、在传感器测量电路中，应用电桥测量线路把电阻变化转化成电流或电压变化的线路。

20、电阻应变效应是指在一定的范围内，拉伸金属导体，金属导体的电阻变化和应变成正比。

电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。

空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器

3、一般电容式传感器可分为三种类型变面积型，变介质介电常数型，变极板间距型

5、电容式传感器根据其组成原理分为变面积型、变极距型和变介质型。

21、电容式传感器根据其组成原理分为变面积型、变极距型和变介质型。

17、自感式传感器是利用位移的变化使线圈的自感量发生变化的一种机电转换装置

14、电涡流式传感器可以测量位移、厚度、加速度等物理量，其本身不与被测对象接触，适于生理测量工作。

25、正压电效应是将压力变化转换为电变化，这种传感器称为非谐振式压电传感器。

4、压电元件测量电路采用前置放大器的目的是：把压电式传感器的高输出阻抗换成低阻抗输出、放大压电式传感器输出的弱信号目前常用的前置放大器有电压放大器，电荷放大器两种。