压电式传感器解析
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。
压电式压力传感器原理及应用资料讲解
压电式压力传感器原理及应用压电式压力传感器原理及应用自动化研1302班王民军压电式压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。
而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也叫压电式压电传感器。
压电式压力传感器可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。
也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。
它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。
一、压电式传感器的工作原理1、压电效应For personal use only in study and research; not for commercial use 某些离子型晶体电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。
当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。
压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。
2、压电式压力传感器的特点压电式压力传感器是基于压电效应的传感器。
是一种自发电式和机电转换式传感器。
它的敏感元件由压电材料制成。
压电材料受力后表面产生电荷。
此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。
压电式压力传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压力传感器、加速度计)。
压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。
由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系：Q=k*S*p。
For personal use only in study and research; not for commercial use 式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。
通过测量电荷量可知被测压力大小。
压电式压力传感器的工作原理与压电式加速度传感器和力传感器基本相同，不同的是弹性元件是由膜片等把压力转换成集中力，再传给压电元件。
压电式力学传感器总结
发展趋势：压电式力学传感器的 发展趋势是智能化、微型化、集 成化，未来市场前景广阔
06
压电式力学传感器的选用建议
明确需求与预算
确定传感器的测量范围和 精度要求
考虑传感器的安装环境和 使用条件
评估传感器的成本和维护 费用
考虑传感器的供货周期和 售后服务
考虑精度与稳定性要求
精度要求：根 据实际应用场 景选择合适的
04
压电式力学传感器的应用实例
在医疗诊断中的应用
血压计：测量血压，辅助诊 断高血压等疾病
心电图机：检测心脏活动， 诊断心律失常等疾病
呼吸机：监测呼吸频率和深 度，辅助诊断呼吸系统疾病
超声波诊断仪：检测人体内 部结构，辅助诊断肿瘤等疾
病
在环境监测中的应用
空气质量监测：检测空气中的PM2.5、PM10等污染物浓度 水质监测：检测水中的COD、BOD、重金属等污染物浓度 土壤监测：检测土壤中的重金属、农药残留等污染物浓度 噪声监测：检测环境中的噪声强度，评估噪声污染程度
快速响应
压电式力学传感器具有较高的响应速度，能够快速捕捉到微小的力学变化。
压电式力学传感器的响应时间通常在毫秒级别，可以满足大多数应用场景的需求。
压电式力学传感器的响应速度不受温度、湿度等环境因素的影响，稳定性好。
压电式力学传感器的响应速度可以通过调整传感器的尺寸和材料来优化，以满足不同应用场景的 需求。
动反馈等
智能家居设备： 用于触摸屏、压
力感应等
05
压电式力学传感器的挑战与展望
面临的挑战
精度问题：如何 提高传感器的测 量精度
稳定性问题：如 何保证传感器在 恶劣环境下的稳 定性
成本问题：如何 降低传感器的生 产成本
压电式加速度传感器原理
压电式加速度传感器原理压电式加速度传感器原理阐述压电式加速度传感器是一种经常用于测量物体振动和冲击的技术，其基本原理是通过应变测量物体产生的电荷。
它可以测量加速度，包括静态和动态加速度，这是工程应用中经常遇到的一种问题。
本文将详细说明压电式加速度传感器的基本原理和工作模式。
一、压电效应的原理压电效应是指某些材料在受到机械压力或应变时，会产生电荷。
这种效应一直以来都是物理学家们研究的热点问题之一，因为它具有深远的工程应用价值。
常见的压电材料有晶体琥珀、氧化锌等。
二、压电式加速度传感器的结构压电式加速度传感器的结构是由一组压电材料进行固定，可以受到物体加速度的作用，从而引起压电材料的应变。
此时，压电材料产生的电荷由固定在底部的电极收集。
压电杆和电极之间的电荷量比较微弱，需要通过电路放大器进行放大，以便对出现的物理信号做出适当的反应。
三、压电式加速度传感器的工作原理在静态情况下，压电式加速度传感器对外力没有反应。
但是当物体进行动态运动时，加速度传感器就会感知到其受到的加速度作用，从而相应地产生电荷。
该电荷信号随即通过电路放大器进行放大，并输出至一台计算机或其他设备上，以实现可视化或机械控制等应用。
四、基本型号和参数的介绍压电式加速度传感器目前的市场较为广泛，包括一批基本型号和各种具体的参数。
其中，基本型号有PCB-352C15、PCB-352B22和PCB-352B33等，其具体参数如下：1.测量范围：±3g至±200g；2.传感器灵敏度：从1.5mV/g到10mV/g不等；3.工作电压：1至10 VDC；4.频率响应：从0到15000 Hz不等；5.噪声水平（10Hz-100kHz）：从1到2000 ug RMS不等。
总之，压电式加速度传感器是一种测量物体加速度的实用工具，可以广泛应用于控制系统、机器运动学分析、应变监测和波成系数分析等领域。
希望本文能够帮助到有关从业人员更好地理解其原理及应用。
第六章 压电式传感器
测量时，需把压电传感器用电缆接于前置放大
器。
1、电压放大器
等效电阻
R R a // R i
Ra Ri Ra Ri
等效电容
C Ca Ci
在力作用下产生的电压：
u d Fm Ca s in t U m s in t
送入放大器输入端的电压为：
R R 1 j C 1 j C R 1 j C a R 1 j C 1 j C u j R C a 1 j R ( C C a )
q1 d 1 4
4
X切晶片
Y切晶片
q 2 d 2 5 5
厚度剪切变形(TS方式)
q 2 d 2 6 6
Y切晶片
（四）弯曲变形(BS方式)
它不是基本变形方式，而是拉、压、切应力 共问作用的结果。根据具体情况选择合适的 压电常数。
体积变形（VE）方式
对于BaTiO3压电陶瓷，
还有体积变形方式。
U im
d Fm R 1 R (C a C i C c )
2 2 2
高 频 R 1
U im
d F im Ca Ci Cc
为定值。
低的高频响应很好。
• 电荷放大器
– 是一个带电容负反馈的高增益运算放大器。 – 等效电路图如图所示。
第三节 压电元件常用结构形式
第三节 压电元件的常用结构形式
一、压电元件的基本变形
(一)厚度变形(TE方式) 石英晶体的纵向压电效 应，产生的表面电荷密 度为
q 1 d 1 1 1
(二)长度变形(LE方式) 利用石英晶体的横向压 电效应，表面电荷的计 算式为
q1 d 1 2 2
3.2压电式压力传感器解析
§7.6 压电传感器的应用
地 震 的 巨 大 威 力
33
§7.6 压电传感器的应用
南海Ms7.2地震波形记录图
34
§7.6 压电传感器的应用 3) 压电式振动加速度传感器结构及外形
横向振动测振器
纵向振动测振器
35
4火炮堂内压力测试
发射药在堂内燃烧形成压力完成炮弹的发射。 堂内压力的大小，不仅决定着炮弹的飞行速 度，而且与火炮、弹丸的设计有着密切关系。
12
二、压电材料 1、种类：
石英晶体：如石英等； 压电陶瓷：如钛酸钡、锆钛酸铅等； 压电半导体：如硫化锌、碲化镉等； 高分子压电材料：聚二氟乙烯等。 2、对压电材料特性要求： ①转换性能：要求具有较大压电常数； ②机械性能： 机械强度高、刚度大，以期获得宽的线性
范围和高的固有振动频率； ③电性能：具有高电阻率和大介电常数，以减弱外部分布 电容的影响并获得良好的低频特性； ④环境适应性强：温度和湿度稳定性要好，要求具有较 高的居里点，获得较宽的工作温度范围； 13 ⑤时间稳定性：要求压电性能不随时间变化。
从作用力看，元件是串接的，因而每片受到的作用力相同，产生的变 形和电荷数量大小都与单片时相同。
图a）从电路上看，这是并联接法， 类似两个电容的并联。所以， 外力作用下正负电极上的 电荷量增加了1倍，电容量也增加了1倍，输 出电压与单片时相同。 图b）从电路上看是串联的，两压电片中间粘接处正负电荷中和， 上、 下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片的一半，输出电 压增大了1倍。
3. 交通监测
将高分子压电电 缆埋在公路上，可以 获取车型分类信息 （包括轴数、轴距、 轮距、单双轮胎）、 车速监测、收费站地 磅、闯红灯拍照、停 车区域监控、交通数 据信息采集（道路监 控）及机场滑行道等。
压电式传感器及应用解读
23
压电元件的等效电路
压电元件等效为一个与电容相并联的电荷源，也 可以等效为一个与电容相串联的电压源，
47
休息一下！！
48
30
8.3压电式传感器的应用 8.3.1 压电传感器的基本结构
在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电 晶片粘结在一起。其中最常用的是两片结构。由于压电元 件上的电荷是有极性的，因此接法有串联和并联两种 串联接法输出电压高，本身电容小，适用于以电压为输出 量及测量电路输入阻抗很高的场合；并联接法输出电荷大， 本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号， 并以电荷量作为输出的场合。
24
压电元件实际的等效电 路图
压电式传感器不能用于静态测量。压电元件只有 在交变力的作用下，电荷才能源源不断地产生， 可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动 态测量。
25
8.2.2 压电式传感器测 量电路
压电式传感器的内阻很高，要求与高输入阻抗的 前置放大电路配合，与一般的放大、检波、显示、 记录电路连接，防止电荷的迅速泄漏而使测量误 差减少。 压电式传感器的前置放大器的作用有两个：一是 把传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出；二是把 传感器的微弱信号进行放大。
45
本章小结 某些电介质，当沿着一定方向对它施加压力时， 内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产 生相反的电荷；当外力去掉后，电介质又重新恢 复为不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的 极性也随着改变；晶体受力所产生的电荷量与外 力的大小成正比，这种现象被称为压电效应。相 反，当在电介质极化方向施加电场, 这些电介质 也会产生变形，这种现象称为“逆压电效应” （电致伸缩效应）。 在自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效 应十分微弱。应用于压电式传感器中的压电元件 材料一般有三类：石英晶体、经过极化处理的压 电陶瓷、高分子压电材料。
压电式传感器原理与应用
压电式传感器原理与应用压电式传感器是一种利用压电效应进行测量的传感器。
压电效应是指在压力作用下，一些晶体会产生电荷分布的改变，从而产生电势差。
压电式传感器利用这种原理，将压力或力的变化转化为电信号输出，从而实现对压力或力的测量。
1.传感器中的压电材料受到外力作用产生变形，从而引起内部电荷分布的改变。
2.内部电荷分布的改变使得传感器的两个电极上产生电势差。
3.传感器将电势差转化为与外力大小成正比的电信号输出。
1.工业自动化：压电式传感器可以用于测量各种物体的压力，如流体管道中的压力、机械设备的挤压力等，从而实现对工业过程的自动控制。
2.汽车工业：压电式传感器可以用于测量汽车发动机的油压、气压等参数，从而实现对发动机的控制和保护。
3.医疗器械：压电式传感器可以用于测量人体体内的压力，如心脏的血压、呼吸的压力等，从而实现对人体生理状态的监测。
4.空气质量监测：压电式传感器可以用于测量空气中的压力、气体浓度等参数，从而实现对空气质量的监测。
5.智能手机：压电式传感器可以用于智能手机屏幕上的触摸功能，可以感知用户的触摸力度和位置，从而实现对屏幕的操作。
1.灵敏度高：压电材料对压力或力的变化非常敏感，可以实现对微小压力的测量。
2.响应速度快：压电材料的压电效应响应速度非常快，可以实现对快速变化的压力的测量。
3.耐用性好：由于压电材料的特殊性质，压电式传感器具有较好的耐用性，可以经受较大的压力和力的作用。
4.体积小：压电材料的尺寸可以做得非常小，因此压电式传感器可以设计成小型化的产品。
5.易于集成：压电材料和传感器电路可以进行集成设计，从而降低了传感器的制造成本，提高了其可靠性。
总之，压电式传感器是一种利用压电效应进行测量的传感器，在工业、汽车、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
它具有高灵敏度、快速响应、良好的耐用性、小体积和易集成等优点，可以满足各种应用场景的需求。
压电式传感器的工作原理
压电式传感器的工作原理
压电式传感器的工作原理是基于压电效应。
压电效应是指某些晶体材料在受到机械变形时，会在其内部产生极化，即产生正负电荷的分离。
压电传感器通常由压电材料制成，如石英，锆钛酸钡等。
当传感器受到外部施加的力或压力时，压电材料发生微小的变形，导致内部的电荷分布发生改变。
这种电荷分布变化可通过电极连接到外部电路，并产生电压信号。
具体地，当压电材料受到压力作用时，晶体内部的正负离子会向相应的晶体表面移动，产生极化。
正离子聚集在一边，而负离子聚集在另一边。
由于内部电荷分布的改变，导致材料的表面产生了电势差。
这个电势差可以通过接触到晶体表面的金属电极引出，并传递到外部电路中。
当压力消失时，压电材料恢复到初始状态，电势差也恢复为零。
通过测量压电传感器引出的电势差或电荷，可以间接得到施加到传感器上的力或压力的大小。
这样，压电传感器可以被广泛应用于测量压力、力、重量和加速度等力学量的变化。
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 -。
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见的压力测量设备，它利用压电效应来实现对压力的测量。
在压电式压力传感器中，压电材料被用作敏感元件，当外加压力作用在压电材料上时，会产生电荷，从而实现对压力的测量。
本文将对压电式压力传感器的原理进行详细介绍。
压电效应是指某些晶体在受到机械应力作用时会产生电荷的现象。
压电材料是一种具有压电效应的材料，常见的压电材料包括石英、钨酸锂、硼酸钠等。
在压电式压力传感器中，压电材料通常被加工成薄片或薄膜的形式，以增加其灵敏度和响应速度。
当外界压力作用在压电材料上时，压电材料会发生形变，从而改变其内部的电荷分布。
这种电荷的改变可以通过电极引出，并转化为电信号。
通过测量这个电信号的大小，就可以间接地得到外界压力的大小。
因此，压电式压力传感器可以实现对压力的高精度测量。
除了压电材料本身的特性外，压电式压力传感器的结构也对其性能有着重要的影响。
一般来说，压电式压力传感器由压电薄膜、支撑膜、电极和外壳等部分组成。
其中，支撑膜的作用是对外界压力进行传递，并使压电薄膜产生形变；电极则用于引出电荷，并将其转化为电信号；外壳则起到保护和固定的作用。
在实际应用中，压电式压力传感器可以广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗器械等领域。
由于其灵敏度高、响应速度快、结构简单等优点，压电式压力传感器在压力测量领域有着重要的地位。
总的来说，压电式压力传感器利用压电效应实现对压力的测量，其原理简单而有效。
通过对压电材料的形变和电荷分布进行测量，可以实现对压力的高精度测量。
同时，压电式压力传感器在工业自动化、汽车电子、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。
希望通过本文的介绍，能够对压电式压力传感器的原理有所了解。
压电式传感器
高分子压电 电缆的应用 演示
将两根高分子压电电缆相距若干米， 将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于 若干米 柏油公路的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车 柏油公路的路面下约 ， 的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据， 的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判 定汽车的车型。 定汽车的车型。
压电材料（压电元件） 2. 压电材料（压电元件）
具有压电效应的物质(物体) 具有压电效应的物质(物体) 常见材料： 常见材料：
压电单晶体
石英(包括天然石英和人造石英) 石英(包括天然石英和人造石英)
多晶体压电陶瓷
钛酸钡压电陶瓷、 钛酸钡压电陶瓷、人工极化的陶瓷
石英晶体
结构形状为一个六角形晶柱，两端为一对称棱锥。 结构形状为一个六角形晶柱，两端为一对称棱锥。 在晶体学中， 在晶体学中，可以把它用三根互相垂直的轴表示
4.6压电式传感器 4.6压电式传感器
F
+
压电式传感器是一种可逆型 换能器， 换能器，它既可以将机械能 转换为电能， 转换为电能，又可以将电能 转化为机械能 工作原理是基于某些物质的 压电效应。 压电效应。
q=DF
1.变换原理: 1.变换原理:压电效应 变换原理
压电效应：某些物质(物体) 如石英、 压电效应：某些物质(物体)，如石英、铁酸钡 当受到外力作用时， 等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生 变化，而且内部也会被极化， 变化，而且内部也会被极化，表面上也会产生 电荷;当外力去掉时，又重新回到原来的状态。 电荷;当外力去掉时，又重新回到原来的状态。 这种现象称之为压电效应。 这种现象称之为压电效应。 逆压电效应： 物体) 逆压电效应：如果将这些物质 (物体)置于电场 其几何尺寸也会发生变化， 中，其几何尺寸也会发生变化，这种由外电场 物体）产生机械变形的现象， 作用导致物质 (物体）产生机械变形的现象， 称之为逆压电效应，或称之为电致伸缩效应。 称之为逆压电效应，或称之为电致伸缩效应。
压电式传感器原理及应用
压电式传感器原理及应用压电效应是指一些晶体材料在受到外力作用时，会产生电势差和电荷分布不均，即产生电荷偶极矩，从而在外加电场作用下发生形变。
常见的压电材料有石英、陶瓷和聚偏氟乙烯等。
当压电材料受到外力作用时，材料内部的电荷分布会出现改变，从而产生电势差。
此时，可以通过测量电荷或电势差的变化来间接测量外力的大小。
压电式传感器一般由压电材料、电极、保护壳等组成。
当外力作用于传感器的压电材料上时，压电材料会产生电荷偶极矩，从而产生电势差。
电极用来收集这些电荷，并将信号输出到外部电路中进行处理。
为了提高传感器的灵敏度和稳定性，常常在压电材料上覆盖一层薄膜电极以增加电荷的收集效果。
1.声波传感器：压电式传感器可以用来探测声波的压力和振动。
在市场上常见的麦克风和扬声器就是基于压电效应工作的传感器。
2.加速度计：压电式传感器可以用来测量物体的加速度和振动，常用于汽车、飞机等交通工具中，以及机械设备中对振动进行监测和控制。
3.压力传感器：压电式压力传感器可以用来测量液体和气体的压力，广泛应用于工业自动化控制、航空航天、汽车工业等领域。
4.应变计：压电应变计可以用来测量物体的形变和变形，广泛应用于材料力学测试、结构工程、土木工程、航空航天等领域。
5.流量计：压电式传感器可以用于测量液体和气体的流量，广泛应用于水务系统、天然气供应系统、石油化工等领域。
在这些应用中，压电式传感器具有灵敏度高、响应速度快、能够直接转换物理量为电信号等优点。
然而，也有一些局限性，比如温度对其工作性能的敏感性较高，需要进行温度补偿以提高精度和稳定性。
总结起来，压电式传感器是一种基于压电效应工作的传感器，适用于多个领域，如声波传感、加速度计、压力传感、应变计和流量计等。
通过测量压电材料产生的电势差和电荷分布，可以间接测量外力的大小和形变情况。
压电式传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点，但同时也有温度敏感性高的限制。
- 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)。
压电器件受力、表面形变电荷压电式传感器的工作原理一、压电效应1、正（顺）压电效应某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为正压电效应。
( 加力变形产生电荷)压电介质正压电效应Q(E) 电能T(S) 机械能逆压电效应应力 )二、压电材料简介压电常数弹性常数（刚度） 介电常数 机电耦合系数 电阻居里点 压电效应强弱：灵敏度固有频率、动态特性 固有电容、频率下限 机电转换效率泄漏电荷、改善低频特性丧失压电性的温度常用压电材料的性能参数：类别材料成分特性石英晶体单晶体、水晶（人造、天然）SiO2d11=2.31×10-12C/N，压电系数稳定，固有频率稳定承受压力700-1000Kg/cm2压电陶瓷人造多晶体钛酸钡、锆钛酸钡、铌酸盐系压电系数高d33=190×10-11C/N品种多、性能各异新型压电材料压电半导体压电特性半导体特性集成压电传感器有机高分子压电材料质轻柔软、抗拉强度高、机电耦合系数高常用压电材料石英晶体切片及封装石英晶体薄片双面镀银并封装石英晶体振荡器（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。
三、石英晶体的压电特性石英居里点573℃，六角晶系结构光轴电轴机械轴xy xy(b)当在电轴方向施加作用力时, 在与电轴 x 垂直的平面上将产生电荷, 其大小为q x = d11 F x式中: d11——x方向受力的压电系数;F x——作用力晶片上电荷极性与受力方向的关系(a)若在同一切片上, 沿机械轴y 方向施加作用力F y , 则仍在与x 轴垂直的平面上产生电荷q y , 其大小为q y =d 12f y a/b 式中: d 12——y 轴方向受力的压电系数, d 12= -d 11; a 、 b ——晶体切片长度和厚度。
xx(d )y四、压电陶瓷的压电现象 人造多晶体：经极化处理后的人工多晶铁电体电畴未极化前：不具压电性撤销外电场 加外电场E对外不呈极性加力F ：放电现象取消F ：充电现象机械能 电能 正压电效应： ij q d F=∙－ － － － － － － － － －极化方向 正压电效应示意图（实线代表形变前的情况，虚线代表形变后的情况）F－＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋常见压电陶瓷：（1）钛酸钡（BaTiO3）压电陶瓷具有较高的压电系数和介电常数，机械强度不如石英。
（2）锆钛酸铅Pb（Zr·Ti）O3系压电陶瓷（PZT）压电系数较高，各项机电参数随温度、时间等外界条件的变化小，在锆钛酸铅的基方中添加一两种微量元素，可以获得不同性能的PZT材料。
（3）铌镁酸铅Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3压电陶瓷（PMN）具有较高的压电系数，在压力大至700kg/cm2仍能继续工作，可作为高温下的力传感器。
压电陶瓷外形一、压电晶片的连接方式一、压电晶片的连接方式（1）并联： UU q q C C ='='=',2,2（2）串联： U U q q C C 2,,21='='='二、压电传感器的等效电路C aU C a Q (电荷等效电路)(c )b 电压等效电路图 等效电路＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－电极(a )压电片电荷聚集(b)等效为一个电荷源Q 与一个电容C a 并联的电路 (c) 等效成一个电源U = Q /C a 和一个电容C a 的串联电路♦压电式传感器的特点：高阻抗，低能量。
♦接入高输入阻抗前置放大器的作用：1）放大压电传感器微弱的输出信号；2）把传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗。
♦压电式传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号。
–电压放大器–电荷放大器sin F F m ω= ic C C C +=id i d R R R R R +⋅=m a a a q d F d F U sin t C C C ω⋅⋅===U C a R a C c R i C i (a )电压等效电路图 压电传感器接至电压放大器的等效电路K U 0U i U C R (b )简化的电压等效电路KU 0U i C a1()j Rd F j R Ca C ωω=⋅⋅++111111i Rd F j C U Ca R Rj C j Cj Ca R j Cωωωωω⋅=⋅⋅+++前置放大器输入端电压：2221()m i c i d F R U R Ca C C ωω⋅=+++前置放大器输入端电压幅值：[]()2c i arctg R Ca C C πφω=-++输入电压与作用力间的相位差：222()1()i e c i ie c i U R C C C U R C C C ωω++=+++理想2221()m i c i d F R U R Ca C C ωω⋅=+++111()c i R Ca C C ωτ==++()c i R Ca C C τ=++时间常数） 时，前置放大器的输入电压为零。
原理上决定了压电式传感器不能测量静态物理量。
压电式传感器突出优点：高频响应相当好。
im imU U '图 电压幅值比和相角与频率比的关系曲线()1211im imU w w U w w ='+1arctan2ww πϕ=-1ij R a c i m im a c iC C C d F u C C C ωωω=++≈++当/（）时，电压放大器应用限制♦压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆就大，电缆电容增大不能太长。
电缆长，电缆电容Cc必然使传感器的电压灵敏度降低。
♦电压放大器与电荷放大器相比，电路简单，元件少，价格便宜，工作可靠，但是电缆长度对传感器测量精度的影响较大，在一定程度上限制了压电式传感器在某些场合的应用。
QR a C c R i C iC a ()a 电荷等效电路图 电荷放大器原理图－KU 0U i Q R f C()b 简化的电荷等效电路－KU 0U i U 0C f )()()()(a c i oa c i i i fo of o i f fi C C C AU C C C U Q C U A U C U U Q Q Q Q ++-=++=--=-=-=)()()()(a c i oa c i i i fo of o i f fi C C C AU C C C U Q C U A U C U U Q Q Q Q ++-=++=--=-=-=fC q U K 10-==灵敏度 与电缆电容无关ff i c a cfC QC k C C C kQ U U -≈++++-=≈)1(0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：o fQu C ≈- 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。
几点结论：1.电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关， 而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系;2、只要保持反馈电容的数值不变，就可得到与电荷量Q 变化成线形关系的输出电压。
3、反馈电容C f 小，输出就大，4、要达到一定的输出灵敏度要求，就必须选择适当的反馈电容。
5、输出电压与电缆电容无关条件： （1+K ）C f >>（C a +C c +C i ）压电传感器的应用压电传感器只能应用于动态测量由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。
压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量。
压电元件的变形图 压电元件的变形方式＋－f－＋f－＋ff(a) 厚度变形(b) 长度变形(c) 体积变形(d) 厚度剪切变形－＋ff fff例1：压电式测力传感器压电式三向力传感器压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量例2： 压电式压力传感器Fd q ⋅=11SP F ⋅=电极结构预紧力例3：压电引信压电陶瓷：弹丸起爆装置——破甲弹例4：火炮堂内压力测试发射药在堂内燃烧形成压力完成炮弹的发射。
堂内压力的大小，不仅决定着炮弹的飞行速度，而且与火炮、弹丸的设计有着密切关系。
例5：压电式加速度传感器 mad F d q ⋅=⋅=Cdma C q U ==maF =—— 重块质量—— 加速度m a压电式振动加速度传感器的结构及外形横向振动测振器纵向振动测振器例6 单向压电式测力传感器 用于机床动态切削力的测量。
例7：汽车安全气囊系统事故性碰撞：点火信号、电点火管、气体发生剂、气体、充气、弹性体例8 交通监测将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。
例9：振动测量仪加速度 160 ug ~ 10 g速度 0.4 ~ 80 cm/s振幅 4 um ~ 8 cm转换开关S A ： V ： D ： a ma d F d q ∝⋅=⋅=积分：振动速度、幅值振动的频谱分析及仪器测量时域图形用的是示波器，测量频域图形用频谱仪.时域图形频谱仪频域图形（频谱图）频谱图或频域图：它的横坐标为频率f，纵坐标可以是加速度，也可以是振幅或功率等。
它反映了在频率范围之内，对应于每一个频率分量的幅值。
频域图形对应于时域波形（失真的正弦波）的谱线图基波与3次谐波合成的波形方波可分解成同频基波及3、5、7……奇次谐波依靠频谱分析法进行故障诊断a）时域波形减速箱故障分析b）频域波形例10：压电式血压传感器例11：指套式电子血压计例12：玻璃破碎报警器粘贴位置将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。
用于结冰状况监测的冰传感器结冰现象的危害：铁路电力机车接触网导线上结冰影响机车正常行驶、 冷库物资防冰、飞机安全飞行结冰状况监测：是否结冰、冰层厚度基于压电效应的冰传感器原理：三电极片式压电器件：1电极金属平板2电极3电极压电晶体电极引线支撑安装孔1电极2电极3电极压电晶体。