压电式传感器由压电传感元件和测量转换电路组成。压电传感元件是一种力敏感元件,凡是能够变换为力的物理量,如应力、压力、振动、加速度等,均可进行测量,由于压电效应的可逆性,压电元件又常用作超声波的发射与接收装置。
压电式传感器是一种典型的自发电型传感器,以电介质的压电效应为基础,外力作用下在电介质表面产生电荷,从而实现非电量测量。 某些电介质在沿一定方向上受到力的作用而变形时,内部会产生极化,同时在其表面有电荷产生,当外力去掉后,表面电荷消失,这种现象称为压电正向效应。 反之,在电介质的极化方向施加交变电场,它会产生机械变形。当去掉外加电场,电介质变形随之消失。这种现象称为压电逆向效应(电致伸缩效应)。 1、压电效应机理分析 具有压电效应的物质很多,如天然的石英晶体、人造的压电陶瓷等,现以石英晶体为例,说明压电效应机理。如图1所示为石英晶体切片,石英的晶体结构为六方晶体系,化学式为SiO2。 坐标轴定义如下: X轴:两平行柱面内夹角等分线,垂直此轴压电效应最强。称为电轴。 Y轴:垂直于平行柱面,在电场作用下变形最大,称为机械轴。 z轴:无压电效应,中心轴,也称光轴。 图1 石英晶体切片图 硅离子有4个正电荷,氧离子有2个负电荷,一个硅离子和两个氧离子交替排列。 2、结构特性 |
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GMT+8, 2023-4-22 22:41