|
頻率響應(yīng)
與壓電陶瓷傳感器不同，壓電膜傳感器具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，并是寬帶的。這種寬帶特性(接近DC到2GHz)和低Q值部分地歸因于聚酯材料的柔性。用做傳聲器時(shí)，將彎曲的壓電膜器件兩端固定，按長(zhǎng)度（d31）模式振動(dòng)，如圖10所示。壓電膜是一種保真度極高的高音喇叭，也可應(yīng)用在玩具、充氣物品和游戲具中做新穎揚(yáng)聲器。d31模式(圖10)，也可以用在空氣中的超聲測(cè)距，頻率可達(dá)約50kHz。
當(dāng)用作高頻超聲發(fā)送器（一般>500KHz）時(shí)，壓電膜通常是按厚度（d33）模式工作。最大傳送量發(fā)生在厚度諧振時(shí)。28µm的壓電膜基本半波長(zhǎng)諧振頻率約為40MHz：
從以上可以看出，諧振值的大小決定于膜厚，其范圍為：對(duì)厚膜為幾MHz（1000µm）到對(duì)非常薄的膜大于100MHz以上。
圖11給出了在室溫條件下頻率對(duì)介電常數(shù)和耗散因數(shù)的影響。當(dāng)介電常數(shù)ε 非常低時(shí)(壓電陶瓷的1%)，壓電膜的g常數(shù)(電壓輸出系數(shù))要比壓電陶瓷的大得多（g = d/ε）。
壓電膜在低頻時(shí)的特性
引言
壓電膜在低頻時(shí)的特性應(yīng)直接以電氣術(shù)語(yǔ)來(lái)表述，但常常造成曲解|. 由于這一技術(shù)的任何實(shí)際應(yīng)用都幾乎涉及這個(gè)問(wèn)題，本文想用一定的篇幅分析這個(gè)題目，并盡可能地以非數(shù)學(xué)型式處理,采用語(yǔ)言描述和實(shí)例表達(dá)概念，假設(shè)有些讀者精通用FFT技術(shù)來(lái)變換時(shí)間域和頻率域，但并不重要。
連接
通常，對(duì)壓電膜的初步評(píng)價(jià)，是將一個(gè)壓電器件用一個(gè)探頭（示波器探頭）連接到示波器上。一般來(lái)說(shuō)，示波器探頭可以視作“無(wú)窮大阻抗”，由于非常大，在測(cè)試中對(duì)電路的影響可以忽略不計(jì)。但在很多情況下，對(duì)壓電膜并非如此，示波器探頭的接入幾乎是短路，典型的探頭，當(dāng)其接入示波器時(shí)，則有1MΩ的有效電阻，也有的是10MΩ，而也有不少為了方便起見(jiàn)可在1MΩ(x1)和10MΩ(x10)之間轉(zhuǎn)換，包括1MΩ阻抗的物理要素通常是示波器內(nèi)的輸入級(jí)，而不是指探頭內(nèi)的單獨(dú)元件。一個(gè)“X1”探頭實(shí)際上就是一段兩端有相應(yīng)觸點(diǎn)的屏蔽電纜。
源電容
為分析接上探頭之后將產(chǎn)生什么情況，我們需要考慮壓電膜器件的特性。也許最為重要的特性（當(dāng)然是在壓電特性之后）就是材料的電容。電容是任何一種元件的儲(chǔ)存電荷能力的量度，并且總是在兩塊導(dǎo)電板相互靠近時(shí)存在。本文中所指的導(dǎo)電板就是壓電膜每一面上所印刷或金屬化出來(lái)的導(dǎo)電極，該器件的電容主要受電極之間分離電極的絕緣體特性的影晌，絕緣體儲(chǔ)存電荷能力的度量由它的介電常數(shù)表述。
與大部分聚合物材料相比，PVDF的介電常數(shù)很高，大約為12（相對(duì)于自由空間介電常數(shù)）。
顯然，一個(gè)元件的電容量是隨其導(dǎo)體面積的加大而增加，所以，一大片壓電膜的電容要大于小元件的電容。同時(shí)，電容量也隨厚度的減少而增大。因此，相同的幾何面積，薄壓電膜的電容量要比厚膜的大。
上述關(guān)系可以寫(xiě)為：C= A/t
式中：
c~壓電膜的電容量
ε~介電常數(shù)（也可以表示為ε=εrεσ,
εr~相對(duì)介電常數(shù)（對(duì)PVDF約為12）， εσ~自由空間的介電常數(shù)
（8. 854×10-12F/m）
A ~壓電膜電極的有效面積（重疊部分）
t ~ 膜厚
電容的單位為法拉（F），但通常碰到的是小得多的單位；微法（uF或10-6F），毫微法（nF或10-9F；皮法（pF或10-12F）。
任何壓電膜元件的電容都可以用公式來(lái)計(jì)算，也可以用手持 電容表或儀表（如LCR橋）直接測(cè)量。
電容值應(yīng)當(dāng)是在給定的測(cè)量頻率上（通
常定為1kHz）測(cè)得的，壓電膜元件的
電容值一般隨測(cè)量頻率的提高而下降。
|
