压电式传感器的技术参数及应用

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压电式传感器是以压电效应为基础的传感器,是一种自发电式和机电转换式传感器。压电式传感器是一种测量力并将其转换成电能的非电物理量。压电材料受力后,表面会产生电荷,电荷在经过电荷放大器和测量电路的放大和转换阻抗之后,会形成一个正比的电能输出。压电式传感器是一种测量力并将其转换成电能的非电物理量。

压电式传感器

其优点是频带宽,高灵敏度,高信噪比,结构简单,工作可靠,重量轻。但也存在一些问题,即一些压电材料需要防潮,而输出直流响应较差,需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这个问题。

压电式传感器的技术参数

压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数, 它直接关系到压电输出的灵敏度。压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。对于一定形状、 尺寸的压电元件, 其固有电容与介电常数有关; 而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。在压电效应中,机械耦合系数等于转换输出能量(如电能)与输入的能量(如机械能)之比的平方根; 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏, 从而改善压电传感器的低频特性。压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点温度。

压电式传感器的应用

1、压电式测力传感器

压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器,在拉、压场合,通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大,测量范围宽,线性及稳定性高,动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时,可测量准静态力。按测力状态分,有单向、双向和三向传感器,它们在结构上基本一样。

2、压电式加速度传感器

压电元件一般由两片压电片组成。在压电片的两个表面上镀银层,并在银层上焊接输出引线,或在两个压电片之间夹一片金属,引线就焊接在金属片上,输出端的另一根引线直接与传感器基座相连。在压电片上放置一个比重较大的质量块,然后用一硬弹簧或螺栓、螺帽对质量块预加载荷。整个组件装在一个厚基座的金属壳体中,为了隔离试件的任何应变传递到压电元件上去,避免产生假信号输出,所以一般要加厚基座或选用刚度较大的材料来制造。

目前制作压电式传感器的材料有很多,其中可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。

当今大型精密系统,无论是对质量还是体积,都十分重视。传统大块压电传感器将逐渐失去市场。近年来,随着新型材料和加工工艺的发展,利用激光等各种微加工技术制作的硅加速度传感器因其体积小、可靠性和互换性好等优点,正逐渐取代传统的压电传感器。压电式传感器的功能已经突破了传统的传感器的常规功能,它的输出不再是单一的模拟信号,而是由微机处理后的数字信号,有些压电式传感器,如集成化后的压电式传感器,其本身就具有控制功能,即数字传感器,这是一种发展趋势。

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压电式传感器是以压电效应为基础的传感器,是一种自发电式和机电转换式传感器。压电式传感器是一种测量力并将其转换成电能的非电物理量。压电材料受力后,表面会产生电荷,电荷在经过电荷放大器和测量电路的放大和转换阻抗之后,会形成一个正比的电能输出。压电式传感器是一种测量力并将其转换成电能的非电物理量。