測力傳感器——壓電測力傳感器

壓電效應原理

正壓電效應（順壓電效應）：壓電效應表明了石英晶體的力學性質(zhì)和電學的耦，1880年雅克•保羅•居里和皮埃爾•居里發(fā)現(xiàn)在石英，電氣石等多種晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，于是他們將這種現(xiàn)象稱為壓電效應。

逆壓電效應（電致伸縮效應）：后來他們發(fā)現(xiàn)電場可以使壓電材料發(fā)生形變，當在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，他們將這種現(xiàn)象命名為逆壓電效應。

常見的壓電材料

常見的壓電材料可分為兩類，即壓電單晶體和多晶體壓電陶瓷。

壓電單晶體有石英(包括天然石英和人造石英)、水溶性壓電 晶體(包括酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒石酸二鉀、硫酸錘等)。

多晶體壓電陶瓷有鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷、 鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等。

壓電材料應具備以下幾個主要特性：

①轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大的壓電常數(shù)。

②機械性能。機械強度高、剛度大。

③電性能。高電阻率和大介電常數(shù)。

④環(huán)境適應性。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點，獲得較寬的工 作溫度范圍。

⑤時間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時間變化

基于應力檢測的壓電傳感器

依據(jù)電介質(zhì)壓電效應研制的一類傳感器稱為壓電傳感器。壓電式傳感器是一種典型的有源(發(fā)電型)傳感器，以電介質(zhì)的壓電效應為基礎，外力作用下在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量測量。

壓電傳感元件是力敏感元件，其可以對各種動態(tài)力、機械沖擊和振動 進行測量，在聲學、醫(yī)學、力學、石油勘探、導航方面都得到廣泛的應用。

壓電式傳感器具有響應頻帶寬、靈敏度高、信噪比大、結(jié)構簡單、工作可靠、重量輕等優(yōu)點。