【導(dǎo)讀】壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)的傳感器，是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器，它的敏感元件由壓電材料制成。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為電的非電物理量。
壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷，此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。
壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為電的非電物理量。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服這一缺陷。
壓電式傳感器的技術(shù)參數(shù)
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。
在壓電效應(yīng)中,機(jī)械耦合系數(shù)等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根; 它是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。
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。壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)溫度。
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)力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉、壓場(chǎng)合，通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測(cè)量范圍寬，線(xiàn)性及穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)特性好。當(dāng)采用大時(shí)間常數(shù)的電荷放大器時(shí)，可測(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，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上基本一樣。
2、壓電式加速度傳感器
壓電元件一般由兩片壓電片組成。在壓電片的兩個(gè)表面上鍍銀層，并在銀層上焊接輸出引線(xiàn)，或在兩個(gè)壓電片之間夾一片金屬，引線(xiàn)就焊接在金屬片上，輸出端的另一根引線(xiàn)直接與傳感器基座相連。在壓電片上放置一個(gè)比重較大的質(zhì)量塊，然后用一硬彈簧或螺栓、螺帽對(duì)質(zhì)量塊預(yù)加載荷。整個(gè)組件裝在一個(gè)厚基座的金屬殼體中，為了隔離試件的任何應(yīng)變傳遞到壓電元件上去，避免產(chǎn)生假信號(hào)輸出，所以一般要加厚基座或選用剛度較大的材料來(lái)制造。
目前制作壓電式傳感器的材料有很多，其中可分為壓電單晶、壓電多晶和有機(jī)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(lèi)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(huán)境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。
如今的大型精密系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量和體積大小都非常的關(guān)注，傳統(tǒng)的大塊頭的壓電傳感器將逐步的失去其市場(chǎng)。隨著新材料及新加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)，利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器由于具有體積非常的小、互換性及可靠性都很好的吸引力，正在逐步取代傳統(tǒng)的壓電傳感器。壓電傳感器的功能已經(jīng)突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào)，而是經(jīng)過(guò)微電腦處理后的數(shù)字信號(hào)，有的壓電傳感如集成后的壓電傳感器其本身帶有控制功能，也就是數(shù)字傳感器，這是一大發(fā)展趨勢(shì)。
