传感器原理及工程应用第06章 压电式传感器

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6.1压电效应及压电材料
6.2压电传感器测量电路
6.3压电式传感器的应用
第6章 压电式传感器
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第6章 压电式传感器
压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压
电效应 , 是典型的有源传感器。当材料受力作用而变形时 ,
其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器
具有体积小 #, 重量轻 #, 工作频带宽等特点 , 因此在各种动
态力、 机械冲击与振动的测量 , 以及声学、 医学、力学、
宇航等方面都得到了非常广泛的应用。
6.1 压电效应及压电材料
某些电介质 , 当沿着一定方向对其施力而使它变形时 ,
其内部就产生极化现象 , 同时在它的两个表面上便产生符号
相反的电荷 , 当外力去掉后 , 其又重新恢复到不带电状态，
这种现象称压电效应。 当作用力方向改变时 , 电荷的极性也
随之改变。 有时人们把这种机械能转为电能的现象 , 称为
“正压电效应” 。 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）。具有压电效应的材料称为压电材料 , 压电材料能
实现机—电能量的相互转换 , 如图 6 - 1 所示。
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。随着对材料的深入研究 , 发现石英晶体、钛酸钡、
锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。
压电材料可以分为两大类 : 压电晶体和压电陶瓷 。
压电材料的主要特性参数有 :
（ 1） 压电常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。
（ 2） 弹性常数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。
（ 3） 介电常数对于一定形状、 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。
（ 4） 机械耦合系数在压电效应中 , 其值等于转换输
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。
（ 5） 电阻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。
（6） 居里点压电材料开始丧失压电特性的温度称
为居里点。
一、 石英晶体
石英晶体化学式为 SiO2, 是单晶体结构。图 6- 2
（a）表示了天然结构的石英晶体外形。它是一个正六面
体。 石英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴 z
称为光轴 , 经过六面体棱线并垂直于光轴的 x 轴称为电轴,
与 x 和 z 轴同时垂直的轴 y 称为机械轴。通常把沿电
轴x 方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电
效应” , 而把沿机械轴y 方向的作用下产生电荷的压电效
应称为“横向压电效应”。 而沿光轴 z 方向受力时不产生
压电效应。 
摘要：

6.1压电效应及压电材料6.2压电传感器测量电路6.3压电式传感器的应用第6章压电式传感器返回主目录第6章压电式传感器压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应,是典型的有源传感器。当材料受力作用而变形时,其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小#,重量轻#,工作频带宽等特点,因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量,以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。6.1压电效应及压电材料某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,其内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷,当外力去掉后,其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压...

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