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。