發布日期：2022-10-09 點擊率：548
壓電傳感器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應制成的傳感器。所謂壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由于內部電荷的極化現象，會在其表面產生電荷的現象。壓電材料 它可分為壓電單晶、壓電多晶和有機壓電材料。壓電式傳感器中用得最多的是屬于壓電多晶的各類壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。
壓電傳感器參數：
（1）壓電常數是衡量材料壓電效應強弱的參數， 它直接關系到壓電輸出的靈敏度。
（2）壓電材料的彈性常數、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態特性。
（3）對于一定形狀、 尺寸的壓電元件， 其固有電容與介電常數有關; 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。
（4）在壓電效應中，機械耦合系數等于轉換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根; 它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數。
（5）壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏， 從而改善壓電傳感器的低頻特性。
（6）壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點溫度。
壓電傳感器的優點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結構簡單、工作可靠和重量輕等。壓電晶體可長期工作溫度可達到400℃以上，瞬間（10個毫秒級）沖擊溫度可達4000K以上，可承受很高的表面壓力（》150N/mm2）、剛度很高、線性好、遲滯小、在很寬的溫度范圍內靈敏度恒定、頻響范圍寬、可承受幾乎無限的載荷循環數，絕緣阻抗非常高。
另外，由于石英晶體的高剛度，測量時相應的材料變形極小，一般在幾微米之內，石英敏感元件的高固有頻率特別適合于快速和動態過程的測量，它們不僅可以用于研發，也被廣泛用于工業生產和試驗過程。由于測量過程中幾無形變，所以緩慢或準靜態過程測量的誤差很小。壓電式傳感器的缺點是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。
什么是壓電傳感器？
壓電傳感器是利用壓電效應來測量對壓電材料施加機械力所引起的電動勢的裝置。它們是基于機電能量轉換的原理，主要是通過將獲取的數據轉換為電荷來測量力，以及壓力、加速度、溫度、應變等其他量。
壓電傳感器多用于撓性運動、觸摸、振動和沖擊測量。它們可用于醫療、航空航天、消費電子和核儀器等多個領域。壓電傳感器很重要，因為振動和沖擊會縮短電子和機電系統的壽命，這意味著脆弱的引線和鍵合線往往會受到壓力。由于沖擊和脈沖沖擊，可能會出現系統的間歇性故障。
壓電傳感器是如何工作的？
壓電式傳感器的工作原理是壓電效應。壓電起源于希臘語piezein，字面意思是擠壓或按壓。正如后者所暗示的那樣，我們是在擠壓石英晶體以產生電壓。因此，壓電傳感器的工作原理是通過對晶體施加機械能，具體步驟如下。
1、壓電晶體被放置在兩塊金屬板之間，這兩塊金屬板通常處于完美的平衡狀態（即使它們不是對稱排列），也不會傳導任何電流。
2、金屬板對材料施加機械應力或力，迫使晶體內的電荷失去平衡。過多的負電荷和正電荷出現在晶體表面的相反面。
3、金屬板收集這些電荷，可用于產生電壓并通過電路發送電流--轉化為壓電。
壓電式傳感器的優點
高頻率響應：這意味著在非常快速變化的參數可以很容易地感應到。
高瞬態響應：因為它們能夠檢測到微秒級的事件，并提供線性輸出。
高輸出：意味著可以在電子電路中測量。
小尺寸且結構堅固：這意味著他們易于操作。
(來源：網絡，版權歸原作者)
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以壓電效應為工作原理的傳感器是機電轉換式和自發電式傳感器。它的敏感元件是用壓電材料制作而成的。當壓電材料受到外力作用時表面會形成電荷，電荷通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后，就會被轉換成為與所受外力成正比關系的電量輸出。它用來測量力以及可以轉換成為力的非電物理量，例如：加速度和壓力。
優點是：重量較輕、工作可靠、結構簡單、信噪比高、靈敏度高以及信頻寬等。
缺點是：有部分電壓材料忌潮濕，因此需要采取一系列的防潮措施；而輸出電流響應又比較差，就要使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路來彌補這個缺點。
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