2. 常用的传感器技术

2.6压电式传感器

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特点：

力 电荷、电压

压电效应 防盗、引爆、声控灯、超声波接收器。

交变电场 振动

逆压电效应 单片机、钟表晶体振荡、超声波发送器。

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2.6.1 压电式传感器的工作原理

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「压电效应」

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2.6.1.1 石英晶体压电效应

「(1)」 「石英晶体的结构」

电轴（ 轴）：穿过六棱柱的棱线，垂直于 轴（光轴）。「垂直于此轴面上的压电效应最强」。

机械轴（ 轴）：垂直于棱柱面。 「在电场沿 向作用下，沿该轴方向的机械变形最大」。

光轴（ 轴）：垂直于 。光线沿该轴通过石英晶体时，无折射，「在此方向加外力，无压电效应现象」 。

「(2)」 「力与电荷的关系」

「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:

「产生的电荷与几何尺寸无关，纵向压电效应。」

沿「机械轴 方向」施加作用力 ，则仍在与 轴垂直的平面上产生电荷 ，其大小为:

式中: —— 轴方向受力的压电系数, ； ——晶体切片长度和厚度。

「产生的电荷与几何尺寸有关，横向压电效应。」

2.6.1.2 2 压电陶瓷的压电效应

「（1）未加电场」

压电陶瓷内极「化强度为零」。因此原始的压电陶瓷呈中性, 不具有压电性质。

「（2）加电场（极化处理）」 （ 的直流电场）

「电畴的极化方向转向，基本与电场方向一致。」

「（3）去除电场」

「剩余极化强度，材料具备压电性能。」

陶瓷极化的两端的「束缚电荷」与在陶瓷片的电极表面吸附一层外界的「自由电荷」方向相反，数值相等。

「（4）压电陶瓷力与电荷的关系」

当压电陶瓷受到外力作用时，电畴的界限发生移动，剩余极化强度将发生变化，吸附在其表面的部分自由电荷被释放。释放的电荷量的大小与外力成正比关系，即

2.6.2 压电元件的等效电路及连接方式

2.6.2.1 压电元件的等效电路

压电元件看成一个「静电发生器」，可把它视为两极板上聚集异性电荷，中间为绝缘体的「电容器」。

「等效电路」

压电传感器既是一个电荷发生器，又是一个电容器，因此有两种等效电路。

2.6.2.2 连接方式

「1.并联方式」

「输出电荷大，时间常数大，适合测慢变信号，以电荷为输出的场合。」

「2.串联方式」

输出电压大，电容、时间常数小，适合以电压为输出，高输入阻抗的场合。

2.6.3 压电式传感器的应用

「1.压电式加速度传感器」

（1）结构

连接方式：采用并联接法。

要求：为使压电片电荷与力之间成线性关系，压电片需有一定的「预压力」，保证接触面均匀接触。

（2）工作原理

「提高灵敏度的措施：」

• 采用较大的压电常数的材料。

• 多片压电片组合。