有關(guān)壓電式傳感器的工作原理以及它的應(yīng)用場(chǎng)景解析

隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如壓電式傳感器。壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)， 它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于一定形狀、 尺寸的壓電元件， 其固有電容與介電常數(shù)有關(guān); 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。

壓電式傳感器工作原理

壓電傳感器的工作原理主要是基于壓電效應(yīng)。它利用電氣元件和其他機(jī)械將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為電能，然后進(jìn)行測(cè)量精密儀器，如許多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。原因是當(dāng)電路具有無(wú)窮大的輸入電阻時(shí)，可以保留外力作用后的電荷。下面我們來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)壓電傳感器工作原理的應(yīng)用吧!

實(shí)際的壓電傳感器只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。其主要壓電材料有：磷酸二氫鹽、酒石酸鉀鈉和石英。在石英上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)。當(dāng)應(yīng)力變化時(shí)，電場(chǎng)變化很小，其他一些壓電晶體會(huì)代替石英。酒石酸鉀鈉，具有較大的壓電系數(shù)和壓電靈敏度，但只能在濕度和溫度較低的室內(nèi)使用。磷酸二氫鹽是一種人造晶體，可以在高濕高溫環(huán)境下使用，所以應(yīng)用非常廣泛。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓電效應(yīng)也被應(yīng)用于多晶。例如：壓電陶瓷、鈮酸鎂酸壓電陶瓷、鈮酸系列壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷都包括在內(nèi)。

壓電效應(yīng)傳感器，是機(jī)電轉(zhuǎn)換型和自發(fā)電型傳感器。其敏感元件由壓電材料制成，當(dāng)壓電材料受到外力作用時(shí)，其表面會(huì)形成電荷。電荷將通過(guò)電荷放大器、測(cè)量電路的放大和阻抗轉(zhuǎn)換。它被轉(zhuǎn)換成與所接受的外力成正比的功率輸出。

壓電式傳感器的應(yīng)用

1、壓電式測(cè)力傳感器

壓電式測(cè)力傳感器是一種利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器。在拉伸和壓縮應(yīng)用中，通常使用兩個(gè)或多個(gè)石英晶體作為壓電元件。剛性大，測(cè)量范圍廣，線性度和穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)特性好。當(dāng)使用時(shí)間常數(shù)大的電荷放大器時(shí)，可以測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)力。按測(cè)力狀態(tài)分有單向、雙向和三向傳感器，其結(jié)構(gòu)基本相同。

2、壓電式加速度傳感器

壓電元件一般由兩個(gè)壓電片組成。在壓電片的兩個(gè)表面鍍一層銀層，將輸出引線焊接在銀層上，或者在兩片壓電片之間夾一塊金屬，引線焊接在金屬片上，另一根引線焊接在銀層上。輸出端直接與傳感器底座相連。在壓電片上放置一個(gè)比重較大的質(zhì)量塊，然后用硬彈簧或螺栓或螺母對(duì)質(zhì)量塊進(jìn)行預(yù)加載。整個(gè)組件安裝在一個(gè)厚金屬殼中。為了隔離試件的任何應(yīng)變傳遞到壓電元件，避免錯(cuò)誤信號(hào)輸出，一般需要加厚底座或選擇剛度更大的材料來(lái)制作。 .

目前制作壓電傳感器的材料很多，可分為壓電單晶、壓電多晶和有機(jī)壓電材料。最常用的壓電傳感器是壓電單晶中屬于壓電多晶和石英晶體的各類(lèi)壓電陶瓷。其他壓電單晶還有鈮酸鋰、鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等，適用于高溫輻射環(huán)境。

如今的大型精密系統(tǒng)非常注重質(zhì)量和尺寸，傳統(tǒng)的大型壓電傳感器將逐漸失去市場(chǎng)。隨著新材料和新加工技術(shù)的發(fā)展，采用激光等各種微加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器由于其非常小的體積、互換性和可靠性，正逐漸取代傳統(tǒng)的硅加速度傳感器。壓電傳感器的功能突破了傳統(tǒng)的功能。它的輸出不再是單一的模擬信號(hào)，而是經(jīng)過(guò)微電腦處理的數(shù)字信號(hào)。一些壓電傳感器，如集成壓電傳感器，有自己的控制功能，即數(shù)字傳感器，這是一個(gè)主要的發(fā)展趨勢(shì)。

在研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定會(huì)有這樣或著那樣的問(wèn)題，這就需要我們的科研工作者在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能促進(jìn)產(chǎn)品的不斷革新。