下载文档原格式
122 第6章 压电式传感器(知识点)知识点1 压电效应所谓压电效应，就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化而使其表面出现电荷集聚的现象，也称为正压电效应，是机械能转变为电能。
当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。
逆压电效应是将电能转变为机械能。
压电式传感器是典型的有源传感器。
压电式传感器的用途：主要用于与力相关的动态参数测试，如动态力、机械冲击、振动等，它可以把加速度、压力、位移、温度等许多非电量转换为电量。
知识点2 压电材料(1)石英晶体（单晶体）石英晶体的化学成分是SiO 2，是单晶结构，理想形状六角锥体，如图6.1(a)所示。
石英晶体是各向异性材料，不同晶向具有各异的物理特性。
用X 、Y 、Z 轴来描述。
Z 轴：是通过锥顶端的轴线，是纵向轴，称为光轴，沿该方向受力不会产生压电效应。
X 轴：经过六棱柱的棱线并垂直于Z 轴的轴为X 轴，称为电轴（压电效应只在该轴的两个表面产生电荷集聚），沿该方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。
Y 轴：与X 、Z 轴同时垂直的轴为Y 轴，称为机械轴（该方向只产生机械变形，不会出现电荷集聚）。
沿该方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。
(a)晶体外形(b)轴定义图6.1 石英晶体如果从晶体上沿Y 轴方向切下一块晶片，如图6.1(c)所示。
分析其压电效应情况：1)沿X 轴方向施加作用力将在YZ 平面上产生电荷，其大小为：11x x q d f =⋅ （6.1）式中：12311d －X 方向受力的压电系数；x f －X 轴方向作用力。
电荷x q 的符号视x f 为压力或拉力而决定。
从式（6.1）可见，沿电轴方向的力作用于晶体时所产生电荷量x q 的大小与切片的几何尺寸无关。
2）沿Y 轴方向施加作用力仍然在YZ 平面上产生电荷，但极性方向相反，其大小为：1211y y y a a q d f d f b b=⋅⋅=-⋅⋅ （6.2） 式中：12d －Y 方向受力的压电系数（石英轴对称，1211d d =-）；a －切片的长度b －切片的厚度y f －Y 轴方向作用力。
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。
