一、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概要
压电式传感器的工作原理
压电式传感器的工作原理压电式传感器是一种常用的传感器，它通过压电效应来实现对压力、力、加速度等物理量的测量。
压电效应是指某些晶体在受到机械应力时会产生电荷，这种效应被应用在压电式传感器中，使其能够将机械量转换为电信号，从而实现对物理量的测量。
压电式传感器的工作原理可以简单地分为两个步骤，压电效应和电信号输出。
首先，当压电晶体受到外部机械应力时，晶体内部的正负电荷分布会发生改变，从而产生一个电势差。
这个电势差可以被连接在晶体上的电极捕获，并输出为电信号。
这样，通过测量电信号的大小，就可以确定外部机械应力的大小，从而实现对物理量的测量。
在实际应用中，压电式传感器通常由压电晶体、电极、外壳和连接线组成。
当外部机械应力作用在压电晶体上时，电极捕获到的电荷会通过连接线传输到外部的测量设备中，从而实现对物理量的测量。
压电式传感器的工作原理简单而又有效，使其在工业控制、医疗设备、汽车电子等领域得到了广泛的应用。
值得注意的是，压电式传感器的工作原理虽然简单，但在实际应用中还是需要考虑一些因素。
例如，压电晶体的材料、结构和制作工艺都会影响传感器的灵敏度和精度。
此外，外部环境的温度、湿度等因素也会对传感器的性能产生影响。
因此，在选择和使用压电式传感器时，需要综合考虑这些因素，以确保传感器能够准确可靠地工作。
总的来说，压电式传感器通过压电效应将机械量转换为电信号，实现对物理量的测量。
它的工作原理简单而又有效，使其在各个领域得到了广泛的应用。
然而，在实际应用中仍需要考虑材料、结构、环境等因素对传感器性能的影响。
通过对这些因素的综合考虑，可以更好地选择和使用压电式传感器，从而实现对物理量的准确测量。
压电式传感器工作原理
压电式传感器工作原理压电式传感器是一种将压电效应应用于传感器中的设备，它可以将压力、力、加速度、温度等物理量转换为电信号。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷，这种效应被应用在压电式传感器中，使其能够实现物理量到电信号的转换。
本文将介绍压电式传感器的工作原理及其应用。
1. 压电效应压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷的现象。
这种效应最早是由法国物理学家居里夫妇在1880年发现的，他们发现某些晶体在受到机械应力时会产生电荷，这种现象被称为正压电效应。
此外，这些晶体在受到电场作用时也会发生形变，这种现象被称为逆压电效应。
这两种效应被应用在压电式传感器中，使其能够实现物理量到电信号的转换。
2. 压电式传感器的结构压电式传感器通常由压电陶瓷、电极、外壳和连接线组成。
压电陶瓷是压电式传感器的核心部件，它是由压电晶体制成的，具有压电效应。
电极用于接收压电陶瓷产生的电荷，并将其转换为电信号。
外壳用于保护压电陶瓷和电极，连接线用于将电信号传输到外部设备。
3. 压电式传感器的工作原理当压电式传感器受到压力、力、加速度或温度等物理量的作用时，压电陶瓷会产生电荷。
这些电荷会被电极接收，并转换为电信号。
这个电信号可以是电压、电流或电荷量，其大小与作用在传感器上的物理量成正比。
通过测量电信号的大小，就可以确定作用在传感器上的物理量的大小。
4. 压电式传感器的应用压电式传感器具有灵敏度高、频率响应快、稳定性好等优点，因此被广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、航空航天等领域。
例如，在工业自动化中，压电式传感器可以用于测量压力、力等物理量，用于控制和监测生产过程。
在汽车电子中，压电式传感器可以用于测量发动机的振动和噪声，用于改善车辆的驾驶舒适性。
在医疗设备中，压电式传感器可以用于测量血压、心率等生理参数，用于诊断和治疗疾病。
在航空航天中，压电式传感器可以用于测量飞机的结构应力和振动，用于确保飞行安全。
压电传感器的工作原理优秀课件
灵 敏 度：0.1～1000mV/pC 频率范围：0.3～100KHz
噪声(最大增益)：折合至输入端小于5µV 准 确 度：1% 最大输出：±10V/10mA 电 源：220V/50Hz 控制方式： 计算机或手动
焊接式 电荷放大器
24.10.2020
21
超小型电荷放大器模块
主要指标:
灵 敏 度：1、10、100mV/pC(任选一档) 频率范围：0.3～100KHz(上、下限可选) 噪声(最大灵敏度)：输出端小于1mV 归 一 化：外接电阻调整 线性误差：1% 最大输出：±5V或±10V 电 源：±6V～±15V
24.10.2020
4
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。
24.10.2020
5
（一）石英晶体
天然形成的石英晶体外形
24.10.2020
6
天然形成的石英晶体外形（续）
24.10.2020
10
压电陶瓷外形
24.10.2020
11
无铅压电陶瓷及其换能器外形
（上海硅酸盐研究所研制）
24.10.2020
12
高分子压电薄膜及拉制
24.10.2020
13
（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。
压电式传感器工作原理
压电式传感器工作原理压电式传感器是一种利用压电效应来实现信号检测和转换的传感器，它在工业、医疗、航空航天等领域有着广泛的应用。
那么，它的工作原理是怎样的呢？接下来，我们将对压电式传感器的工作原理进行详细介绍。
首先，我们需要了解压电效应的基本原理。
压电效应是指在某些晶体材料中，当受到外力作用时，会产生电荷的分离现象。
这是由于晶体内部的正负电荷会发生相对位移，从而产生电荷分离。
利用这一效应，可以将机械能转化为电能，实现信号的检测和传输。
在压电式传感器中，通常会使用压电陶瓷作为传感元件。
当外力作用于压电陶瓷时，会使其产生形变，从而引起内部正负电荷的相对位移，最终产生电荷分离。
这些电荷可以通过电极引出，并转化为电信号输出。
因此，压电式传感器可以将机械能转化为电信号，并实现信号的检测和测量。
除了压电陶瓷，压电式传感器中还包括了信号处理电路和外壳等组成部分。
信号处理电路可以对传感器输出的电信号进行放大、滤波和处理，从而得到更加稳定和准确的信号输出。
外壳则可以保护传感元件不受外界环境的影响，同时也可以起到固定和支撑的作用。
总的来说，压电式传感器的工作原理可以简单概括为，外力作用于压电元件，引起形变，产生电荷分离，最终转化为电信号输出。
通过信号处理电路的处理，可以得到稳定、准确的电信号，实现对外界力、压力、加速度等物理量的检测和测量。
在实际应用中，压电式传感器具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用于工业自动化控制、医疗诊断、环境监测、航空航天等领域。
它为我们提供了一种高效、可靠的物理量检测手段，对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。
综上所述，压电式传感器利用压电效应实现了机械能到电能的转换，其工作原理简单而又高效。
通过对外力的检测和测量，可以实现对各种物理量的监测和控制，为各个领域的应用提供了重要支持。
希望本文对压电式传感器的工作原理有所帮助，谢谢阅读！。
压电式传感器的原理及应用
压电式传感器的原理及应用压电式传感器是一种应用了压电效应的传感器，通过将压电材料置于受力区域，当被测物体发生变形或受力时，压电材料发生形变，从而产生电荷信号，利用该信号来测量被测量的变化情况。
一、压电效应的原理压电效应是一种物理现象，指在压力或拉伸下，某些晶体（通常是晶体的极性方向）会产生电位差。
这种效应被广泛应用于各种传感器中，特别是在加速度计、其它惯性传感器、压力传感器和液位传感器等方面。
二、压电式传感器的原理压电式传感器通常由压电晶体和测量电路组成。
当被测物体发生形变或受力时，压电材料中的极性方向的晶体产生压电效应，导致产生电荷的位移，并与电荷电容匹配的放大器或其他电路连接。
由于被测量的变化（压力，成形，位移等）与电荷位移之间存在特定关系，所以可以根据电荷电荷读数来确定被测物体发生变化的精确程度。
三、压电式传感器的应用由于压电效应具有高灵敏度、高频响应、耐腐蚀、抗干扰等优点，压电式传感器在各种领域得到广泛应用。
1.压力测量：压电式传感器常用于压力传感器的制造，用于测量汽车轮胎、气缸、油压和空气压力等。
2.振动测量：压电式传感器还可以用于测量机器和车辆的振动水平，以便定位有问题的部件。
3.流量测量：压电式传感器在流量测量中应用广泛，例如在医疗方面测量血流，工业方面可以应用于计算液体的流量。
4.力学测试：压电式传感器的高灵敏度和高频响应特性，在体育、自然科学和工程学中用于测量冲击、震动和变形等量。
5.地震观测：压电式传感器还可以用于地震观测，以便在监测过程中测量地震的振动率。
压电式传感器在上述应用领域中具有重要作用，并与其他类型的传感器如压阻式传感器、光电式传感器、磁性传感器等合作，实现了各种领域的数据测量工作，体现了良好的应用前景。
压电式压力传感器的工作原理
压电式压力传感器的工作原理压电式压力传感器是一种常用的传感器，广泛应用于各种工业和科学领域。
它的工作原理基于压电效应，通过测量物体施加在传感器上的压力来检测和监测压力变化。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷。
具体来说，压电材料的晶格结构存在不平衡的正负电荷，当外力施加在晶体上时，会引起晶格结构的畸变，从而破坏原有的电荷平衡。
这种畸变会导致电荷的重新排列，进而产生电荷差异。
这种电荷差异可以通过电极收集和测量，从而实现电信号的产生和传输。
压电式压力传感器通常由压电材料和电极组成。
当外界压力作用在传感器的压电材料上时，压电材料会发生形变，从而引起电荷的重新排列。
电极将产生的电荷收集起来，通过电路传输到接收器，进而转化成可读的压力信号。
压电材料常用的有陶瓷压电材料和聚合物压电材料。
陶瓷压电材料具有较高的压电系数和较大的机械强度，适用于高压力和高温环境下的应用。
而聚合物压电材料则具有较高的灵敏度和较小的尺寸，适用于小型化和微型化的应用。
压电式压力传感器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，外界压力施加在传感器的压电材料上，引起压电材料的形变。
这个形变会导致压电材料内部的电荷重新分布。
其次，电极将重新分布的电荷收集起来，并通过电路传输到接收器。
最后，接收器将电信号转化成可读的压力数值，并输出到显示器或其他设备上。
压电式压力传感器的优点是具有高灵敏度、高稳定性和较宽的测量范围。
它可以快速、准确地测量各种压力变化，适用于不同工作环境和应用场景。
此外，压电材料还具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，能够在恶劣的工作环境下长时间稳定工作。
压电式压力传感器是一种基于压电效应工作的传感器，通过测量物体施加在传感器上的压力来检测和监测压力变化。
它具有高灵敏度、高稳定性和较宽的测量范围，适用于各种工业和科学领域的应用。
压电式压力传感器的工作原理简单明了，但在实际应用中需要注意选用合适的压电材料和电极结构，以及合理设计电路和接收器，以确保传感器的性能和可靠性。
【精品】压电式传感器的工作原理
【精品】压电式传感器的工作原理
压电式传感器是将压电材料应用于传感器中的一种传感器。
它是一种能够将物理量转
换为电信号的装置，广泛应用于测量、检测、控制等领域。
本文将介绍压电式传感器的工
作原理。
1. 压电效应
压电效应是指某些晶体在外部施加压力时，会产生电势差，在不同方向施加压力时，
电势差的方向也会不同。
例如，当将压电晶体的两端施加相反的压力时，会在晶体的两端
产生电荷，形成电势差。
这种现象被称为压电效应。
2. 压电式传感器的结构
压电式传感器是将压电材料应用于传感器中的一种传感器。
它通常包括一个压电晶体
和一个电子电路板。
压电晶体是一个带有极性的晶体材料，它能够将应变转换为电势差。
电子电路板则负责将热电信号转换为电信号输出。
压电式传感器的工作原理基于压电效应。
当外部施加压力时，压电晶体会发生应变，
产生电位差。
该电位差会被放大并转换为电信号，输出到使用端。
使用端根据这个信号进
行测量、控制等操作。
压电式传感器广泛应用于工业自动化、航空航天、医疗器械等领域。
例如，将压电式
传感器应用于航空航天领域，可以实现飞行器结构的应变测量、气动力学测量等；将压电
式传感器应用于医疗器械中，可以实现心电图信号的采集、呼吸信号的测量等。
总之，压电式传感器是一种将应变转换为电信号的传感器，其工作原理基于压电效应。
在各个领域都有着广泛的应用。
压电传感器的工作原理
石英的d11系数相对于20℃ 的d11温度变化特性
石英在高温下相对介电常数的 温度特性
石英晶体的切片
石英晶体片及封装 石英晶体薄片
双面镀银并封装
天然石英晶体的x、y轴向受力产生电荷比较
1.在晶体的弹性限度内，在x轴方向上施加压力Fx时，在x面 上产生的电荷为：Q=d11Fx
式中 的 d11称为压电常数。 2.在y轴方向施加压力Fy时，仍然在x面上产生电荷：
天然石英晶体外形（续）
天然石英晶体的结构及剖面
天然石英晶体的三个轴
在晶体学中，可用三根相互垂直的轴来表示。其中
纵向轴称为光轴，也称z轴，有折光效应，没有压电效 应。
经过正六面体棱
线，并垂直于光轴
的轴线称为电轴，
也称x轴；经过正六
面体的棱面且垂直
于光轴的轴线称为
机械轴，也称y轴。
2020/10/16
1－正电荷等效中心 2－负电荷等效中心
晶体沿x面受压力时的带电情况分析
石英晶体的正负电荷中心分离，宏观上看， x面的上表面带正电，下表面带负电
Q=d11Fx
1－正电荷等效中心 2－负电荷等效中心
晶片沿x面受拉力时，或是所受压力消失后，弹性体反弹时， 也能导致石英晶体的正负电荷中心分离, x面的上表面带负电,
压电式压力传感器原理
压电式压力传感器原理
压电式压力传感器是一种通过压电效应来感知压力变化并将其转化为电信号的
传感器。
它主要由压电材料、电极、外壳和连接线组成。
在应用中，压电材料受到外力作用时，会产生电荷，从而产生电压信号。
下面将详细介绍压电式压力传感器的原理。
首先，压电效应是指某些晶体或陶瓷材料在受到力的作用时，会产生电荷。
这
种材料被称为压电材料。
当外力作用于压电材料上时，材料内部的正负电荷会发生重新排列，从而在材料的两个表面上产生电荷。
这种现象被称为正压电效应。
另外，当外力去除后，压电材料会恢复到原来的状态，这种现象被称为逆压电效应。
利用这种特性，压电式压力传感器可以将压力信号转化为电信号。
其次，压电式压力传感器的工作原理是将压电材料固定在测量对象受力的位置上。
当测量对象受到压力时，压电材料会产生电荷，进而产生电压信号。
这个电压信号可以通过连接线传输到数据采集系统或控制系统中，进行信号处理和分析。
从而实现对压力信号的准确测量和监测。
最后，压电式压力传感器的原理可以简单总结为，压力作用于压电材料上时，
压电材料产生电荷，产生电压信号；电压信号经过连接线传输到数据采集系统或控制系统中，进行信号处理和分析；最终实现对压力信号的测量和监测。
总之，压电式压力传感器通过压电效应将压力信号转化为电信号，实现对压力
的准确测量和监测。
它具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，在工业自动化、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解压电式压力传感器的工作原理。
压电传感器测量电路
天然形成的石英晶体外形（续）
2018/10/23
5
石英晶体切片及封装
石英晶体薄片
双面镀银并封装
2018/10/23 6
石英晶体振荡器（晶振）
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。
2018/10/23 7
2、压电陶瓷
2018/10/23 16
二、测量电路 1、传感器等效电路 压电传感器在受外力作用时，在两个电极表面将 要聚集电荷，且电荷量相等，极性相反。这时它相当
于一个以压电材料为电介质的电容器，其电容量为
Ca
0 A
h
式中，ε 0为真空介电常数：ε 为压电材料的相对介电 常数；h为压电元件的厚度；A为压电元件极板面积。
2018/10/23
d ui F Ci C c C a
21
（2）电荷放大器 电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的 前置放大器。下图是压电传感器与电荷放大器连接的 等效电路。图中 C 为放大器的反馈电容，其余符号的 意义与电压放大器相同。
Rf Cf
N Q Ca Ra Cc Ri Ci
2018/10/23
2
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。
2018/10/23 3
二、压电材料的分类及特性 压电传感器中的压电元件材料有许多： 主要有压 电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料，另外还有水溶 性和铌酸锂压电晶体及压电半导体。 1、石英晶体
（上海硅酸盐研究所研制）
2018/10/23
10
压电传感器的工作原理
压电传感器的工作原理压电式传感器由压电传感元件和测量转换电路组成。
压电传感元件是一种力敏感元件，凡是能够变换为力的物理量，如应力、压力、振动、加速度等，均可进行测量，由于压电效应的可逆性，压电元件又常用作超声波的放射与接收装置。
压电式传感器是一种典型的自发电型传感器，以电介质的压电效应为基础，外力作用下在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量。
某些电介质在沿肯定方向上受到力的作用而变形时，内部会产生极化，同时在其表面有电荷产生，当外力去掉后，表面电荷消逝，这种现象称为压电正向效应。
反之，在电介质的极化方向施加交变电场，它会产生气械变形。
当去掉外加电场，电介质变形随之消逝。
这种现象称为压电逆向效应（电致伸缩效应）。
1、压电效应机理分析具有压电效应的物质许多，如自然的石英晶体、人造的压电陶瓷等，现以石英晶体为例，说明压电效应机理。
如图1所示为石英晶体切片，石英的晶体结构为六方晶体系，化学式为SiO2。
坐标轴定义如下：X轴：两平行柱面内夹角等分线，垂直此轴压电效应最强。
称为电轴。
Y轴：垂直于平行柱面，在电场作用下变形最大，称为机械轴。
z轴：无压电效应，中心轴，也称光轴。
图1 石英晶体切片图硅离子有4个正电荷，氧离子有2个负电荷，一个硅离子和两个氧离子交替排列。
2、结构特性（1）沿Y轴方向作用拉力与沿X轴方向作用压力，晶胞结构变形相同，因而产生的电荷极性相同，同样道理，沿X轴方向作用拉力与沿Y轴方向作用压力而产生的电荷极性相同。
（2）在晶体的线性弹性范围内，当沿X轴方向作用压力FX时，在与X轴垂直的平面上产生的电荷量为Q＝d11FX（3）假如沿Y轴方向作用压力Fy时，电荷仍消失在与X轴相垂直的平面上，其电荷量为Q＝d12 l/δ Fy ＝－d11 l/δ Fyl 为石英晶片的长度；δ为晶片的厚度，d12为沿Y轴方向施力的压电常数，由于石英晶体的轴对称，所以d12＝-d11。
负号表示所产生的电荷极性相反。
第五章 压电式传感器
逆压电效应示意图 Ｅ （实线代表形变前的情况， 虚线代表形变后的情况）
＋＋＋＋＋＋ 极化 方向 －－－－－－ ＋＋＋＋＋＋
电 场 方 向
由此可见，压电陶瓷所以具有压电效应，是 由于陶瓷内部存在自发极化。这些自发极化经过 极化工序处理而被迫取向排列后，陶瓷内即存在 剩余极化强度。如果外界的作用（如压力或电场 的作用）能使此极化强度发生变化，陶瓷就出现 压电效应。此外，还可以看出，陶瓷内的极化电 荷是束缚电荷，而不是自由电荷，这些束缚电荷 不能自由移动。所以在陶瓷中产生的放电或充电 现象，是通过陶瓷内部极化强度的变化，引起电 极面上自由电荷的释放或补充的结果。
j wq& 1 1 1 + A0 ) + j w[ Ca + ( 1 + A0 ) CF +( RF Ra
]
& = & = A0US 输出电压 USC
&A j wq 0 1 1 1 + A0 ) + j w[ Ca + ( 1 + A0 ) CF ] +( RF Ra
电荷放大器原理电路图
U∑
－A0
C’ USC
根据上式画出等效电路图
q
Ra C a R’
CF、RF等效到A0的输入端时，电容CF将增大(1＋A0)倍。电导1／RF 也增大了(1＋A0)倍。所以图中C΄=(1＋A0)CF；1/R΄=(1 ＋A0)1／RF，
这就是所谓“密勒效应”的结果。
运放输入电压
& US =
电极 －－－－－ ＋＋＋＋＋ 极化方向 自由电荷 束缚电荷
－－－－－ 电极 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附 的自由电荷示意图
压电式传感器
3．压电元件
用压电材料制造的传感元件称作压电元件。
第一节
压电式传感器的工作原理
4．压电效应机理 现以石英晶体为例，简要说明压电效应的机理。 （1）石英晶体的结构 石英晶体是二氧化硅单晶，属于六角 晶系。右图是天然晶体的外形图，它为规 则的六角棱柱体。 z 轴又称光轴，它与晶体的纵轴线方向 一致； x 轴又称电轴，它通过六面体相对的两 个棱线并垂直于光轴； y 轴又称为机械轴，它垂直于两个相对 的晶柱棱面。
AQ Uo [Ca Cc Ci (1 A)Cf ]
当 A 足够大时，则（1 + A）Cf >>（Ca + Cc + Ci），这样
AQ Q Uo (1 A)Cf Cf
由此可见，电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反馈电 容有关，电缆电容等其他因素的影响可以忽略不计。
第一节
压电式传感器的工作原理
（2）纵向压电效应 从晶体上沿 x y z 轴线切下的一片平 行六面体的薄片称为晶体切片。 它的六个面分别垂直于光轴、电轴 和机械轴。通常把垂直于 x 轴的上下两
个面称为 x 面，把垂直于 y 轴的面称为
y 面。 如右图所示。当沿着 x 轴对晶片施 加力时，将在 x 面上产生电荷，这种现 象称为纵向压电效应。
压电式传感器：一种典型的自发电式传感器。它以某些电 介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面将产生 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。 应用：它可以测量那些最终可以变换为力的非电物理量， 但不能用于静态参数的测量。
第一节 压电式传感器的工作原理
一、压电效应
二、压电材料
第三节
压电式传感器的结构与应用
二、压电式加速度传感器
压电式传感器原理
压电式传感器原理
一、什么是压电式传感器
压电式传感器是一种由电容式传感器演变而来的电磁式传感器，它利用晶体管在物理变化时所产生的电容效应，来对外界环境作出反应。
压电式传感器可以改变电容大小、变换电压幅度、改变电流流向、改变极性、改变电容量等，可以检测出外界压力、温度、拉力、拨动力等的变化。
二、压电式传感器的工作原理
压电式传感器的工作原理是，当一个外力施加在晶体片上时，由于晶体与晶体之间电子的运动受到外力的影响，在晶体的正线上的电容变化，把外力的变化转化成电容变化。
由于电容变化会改变电路中的电流，因此可以检测到外力的变化。
三、压电式传感器的特点
1、结构紧凑：压电式传感器具有小尺寸、低成本和机械结构紧凑的特点，使它成为其他传感器技术所不可取代的传感器。
2、高灵敏度：由于电容改变量可达几微安的级别，使得压电式传感器具有极高的灵敏度，可以自动感知微小外界变化。
3、快速响应：压电式传感器的信号响应速度很快，具有良好的动态特性，并且能够保持较高的精度和准确度。
4、广泛的应用：压电式传感器可广泛应用于航空航天、汽车、电子仪表、运动控制、重力检测和高精度测量等领域。
- 1 -。
简述压电传感器的工作原理
(1 )简述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。
(2)热电偶的冷端处理采用哪几种方法？延伸导线法、冰点法(0 C恒温法、冰浴法)、电桥补偿法、二极管补偿法(半导体PN结)、集成温度传感器补偿法、恒温迁移补偿法、热电势修正法(计算修正法)、软件补偿法(微机法)、最小二乘拟合法、铂电阻测量冷端温度法等(3)光栅采用了哪几种细分技术？常采用的倍频细分方法有四倍频细分(也称直接细分或位置细分)、电阻链细分、鉴相法细分、锁相法细分等几种(4)利用磁电传感器测量加速度应采用什么样的测量电路？霍尔式传感器或动圈式恒定磁通振动速度传感器显示、记录(5)LED发光管与光敏二极管工作电压有什么区别？发光二极管正向工作电压VF在1.4~3v.在外界温度升高时，VF将下降。
光敏二极管其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，工作时需加上反向电压，无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。
当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。
（6） 脉冲宽度式应感同步器测量系统是如何实现脉冲调宽的？脉冲调宽法则在滑尺的正弦和余弦绕组上分别加周期性方波电压。
当用感应 同步器来测量位移时，与鉴幅法相类似，可以调整激磁脉冲宽度 ©值，用© 跟踪B 。
当用感应同步器来定位时，则可用中来表征定位距离，作为位置指令，使滑尺移动来改变直到9 = ©，即e 二0时停止移动，以达到定位的 目的。
（7） 霍尔元件温度误差的常用补偿方法；1，采用恒流源供电和输入回路并联电阻2，合理选取负载电阻RL 的阻值3，采用恒压源和输入回路串联电阻4，采用温度补偿元件（如热敏电阻、电阻丝等）5,霍尔元件不等位电动势U0的温度补偿（8）简述红外测温传感器的基本工作原理；红外温度传感器利用热电偶原理，测量目标物与传感器或者物体与环境温度之间的差值。
压电式压力传感器原理
压电式压力传感器原理压电式压力传感器是一种常用的压力测量装置，它利用压电效应将压力信号转化为电信号，广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗器械等领域。
本文将介绍压电式压力传感器的原理及其工作过程。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷，这种效应被称为压电效应。
利用这一效应，可以将压力信号转化为电信号。
压电式压力传感器的核心部件是压电晶体，当受到外力作用时，压电晶体会产生电荷，这个电荷与外力的大小成正比，因此可以通过测量电荷的大小来确定外力的大小，从而实现对压力的测量。
压电式压力传感器通常由压电晶体、电极、封装材料等部件组成。
当外力作用于压电晶体时，压电晶体会产生电荷，这个电荷会在电极间产生电压信号，通过外部电路可以测量到这个电压信号，从而得到压力的大小。
为了保护压电晶体，通常会使用封装材料将其封装在传感器内部，同时封装材料也可以起到固定和保护的作用。
压电式压力传感器的工作原理可以用一个简单的模型来解释。
假设压电晶体的两端分别连接正负电荷，当外力作用于压电晶体时，晶体会产生电荷，这个电荷会在电极间产生电压信号，通过外部电路可以测量到这个电压信号。
根据压电效应的原理，可以得出压力与电荷之间的关系，从而实现对压力的测量。
压电式压力传感器具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点，因此在工业控制、汽车电子、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
在工业控制领域，压电式压力传感器可以用于测量液体或气体的压力，实现对工艺过程的控制。
在汽车电子领域，压电式压力传感器可以用于测量发动机油压、气缸压力等参数，实现对发动机工作状态的监测。
在医疗器械领域，压电式压力传感器可以用于测量血压、呼吸压力等参数，实现对患者生命体征的监测。
总之，压电式压力传感器利用压电效应将压力信号转化为电信号，具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点，在工业控制、汽车电子、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍，读者能对压电式压力传感器的原理及其工作过程有一个更深入的了解。
压电传感器的工作原理.
2018/9/17
d ui F Ci C c C a
21
（2）电荷放大器 电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的 前置放大器。下图是压电传感器与电荷放大器连接的 等效电路。图中 C 为放大器的反馈电容，其余符号的 意义与电压放大器相同。
Rf Cf
N Q Ca Ra Cc Ri Ci
2018/9/17
4
天然形成的石英晶体外形（续）
2018/9/17
5
石英晶体切片及封装
石英晶体薄片
双面镀银并封装
2018/9/17 6
石英晶体振荡器（晶振）
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。
2018/9/17 7
2、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）。
器的泄漏电阻Ra。
Ca
Q
Ca
ua=Q/Ca
ua=Q/Ca
b)电压源
u0
a)电荷源
2018/9/17
18
2、基本测量电路 压电传感器的内阻抗很高，而输出的信号微弱，
因此一般不能直接显示和记录。压电传感器要求测
量电路的前级输入端要有足够高的阻抗，这样才能 防止电荷迅速泄漏而使测量误差变大。压电传感器
的前置放大器有两个用：一是把传感器的高阻抗输
Ca
0 A
h
式中，ε 0为真空介电常数：ε 为压电材料的相对介电 常数；h为压电元件的厚度；A为压电元件极板面积。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ui ua
R C
ua
Ra
2018/7/25
a)
b)
20
而在放大器输入端形成的电压为
1 R j C 1 R j C 1 R 1 j C 1 jC a R j C
ui
jR ua dF 1 jR (C C a )
当＜＜1时，放大器的输入电压为
2018/7/25
22
如果忽略电阻Ra、Ri及Rf的影响，则输入到放大器 的电荷量为：Qi=Q-Qf
Q f (U i U 0 )C f ( U0 U U 0 )C f (1 A) 0 C f A A
U0 Qi U i (Ci Cc C a ) (Ci Cc C a ) A
器的泄漏电阻Ra。
Ca
Q
Ca
ua=Q/Ca
ua=Q/Ca
b)电压源
u0
a)电荷源
2018/7/25
18
2、基本测量电路 压电传感器的内阻抗很高，而输出的信号微弱，
因此一般不能直接显示和记录。压电传感器要求测
量电路的前级输入端要有足够高的阻抗，这样才能 防止电荷迅速泄漏而使测量误差变大。压电传感器
的前置放大器有两个用：一是把传感器的高阻抗输
一、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。
2018/7/25
8
压电陶瓷外形
2018/7/25
9
无铅压电陶瓷及其换能器外形
（上海硅酸盐研究所研制）
2018/7/25
10
3、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，
出变换为低阻抗输出；二是把传感器的微弱信号进 行放大。
2018/7/25
19
（1）电压放大器 压电传感器接电压放大器的等效电路如下图 a 所示。 图 b 是简化后的等效电路，其中， ui 为放大器输入电压；
R R R； ua=aQ/iCa。 Ra Ri
C=CC +Ci ；
如果压电传感器受力为 :F=Fmsinω t ；则在压电元件上 产生的电压为 ui dFm sin t Ca
2018/7/25
1
（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）。
2018/7/25
2
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。
2018/7/25 3
二、压电材料的分类及特性 压电传感器中的压电元件材料有许多： 主要有压 电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料，另外还有水溶 性和铌酸锂压电晶体及压电半导体。 1、石英晶体
式中，A为开环放大系数。所以有
U0 U0 U0 (Ci Cc C a ) Q [(1 A) C f ] Q (1 A) Cf A A A
2018/7/25 23
故放大器的输出电压为
AQ U0 Ci Cc Ca (1 A)C f
当A>>1，而(1+A)Cf>>时，放大器输出电压可以表示 为
ε 为压电材料的相对介电 常数；h为压电元件的厚度；A为压电元件极板面积。
2018/7/25
17
因此可以把压电式传感器等效成一个与电容相并
联的电荷源，如下图a所示，也可以等效为—个电压
源，如下图b所示。 压电传感器与测量仪表联接时，还必须考虑电缆
电容C，放大器的输入电阻Ri和输入电容Ci以及传感
2018/7/25
4
天然形成的石英晶体外形（续）
2018/7/25
5
石英晶体切片及封装
石英晶体薄片
双面镀银并封装
2018/7/25 6
石英晶体振荡器（晶振）
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。
2018/7/25 7
2、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）。
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。
2018/7/25
11
高分子压电薄膜及拉制
2018/7/25
12
高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆
2018/7/25
13
可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板
2018/7/25
14
压电式脚踏报警器
2018/7/25
d ui F Ci C c C a
21
（2）电荷放大器 电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的 前置放大器。下图是压电传感器与电荷放大器连接的 等效电路。图中 C 为放大器的反馈电容，其余符号的 意义与电压放大器相同。
Rf Cf
N Q Ca Ra Cc Ri Ci
2018/7/25
15
高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应）
压电元件有串联和并联两种结构形式，串联可提 高输出电压，并联可提高输出电荷。
2018/7/25 16
二、测量电路 1、传感器等效电路 压电传感器在受外力作用时，在两个电极表面将 要聚集电荷，且电荷量相等，极性相反。这时它相当
于一个以压电材料为电介质的电容器，其电容量为