关于压电传感器的工作原理**第1页，共27页，星期日，2025年，2月5日**第一节压电传感器的工作原理压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数的测量。压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。第2页，共27页，星期日，2025年，2月5日**一、压电效应天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷Q与所施加的力F成正比，这种现象称为压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。第3页，共27页，星期日，2025年，2月5日**石英晶体的压电效应演示当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。第4页，共27页，星期日，2025年，2月5日**二、压电材料的分类及特性压电传感器中的压电元件材料一般有三类：一类是压电晶体（如上述的石英晶体）；另一类是经过极化处理的压电陶瓷；第三类是高分子压电材料。第5页，共27页，星期日，2025年，2月5日**（一）石英晶体天然形成的石英晶体外形第6页，共27页，星期日，2025年，2月5日**天然形成的石英晶体外形（续）第7页，共27页，星期日，2025年，2月5日**石英晶体切片及封装石英晶体薄片双面镀银并封装第8页，共27页，星期日，2025年，2月5日**石英晶体振荡器（晶振）石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。晶振第9页，共27页，星期日，2025年，2月5日**（二）压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷（如BaTiO3等）。第10页，共27页，星期日，2025年，2月5日**压电陶瓷外形第11页，共27页，星期日，2025年，2月5日**无铅压电陶瓷及其换能器外形
（上海硅酸盐研究所研制）第12页，共27页，星期日，2025年，2月5日**高分子压电薄膜及拉制第13页，共27页，星期日，2025年，2月5日**（三）高分子压电材料典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。它是一种柔软的压电材料，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围较宽，测量动态范围可达80dB。第14页，共27页，星期日，2025年，2月5日**高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆第15页，共27页，星期日，2025年，2月5日**可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板第16页，共27页，星期日，2025年，2月5日**压电式脚踏报警器第17页，共27页，星期日，2025年，2月5日**高分子压电薄膜制作的压电喇叭
（逆压电效应）第18页，共27页，星期日，2025年，2月5日**第二节压电传感器的测量转换电路电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反馈电容有关，电缆长度等因素的影响很小：电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转换为电压（Q/U转换器），但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫法。第19页，共27页，星期日，2025年，2月5日