压电 传感器

1. 正压电效应与逆压电效应的定义，正压电效应与逆压电效应的关系。 2. 石英晶体几轴与压电效应的关系，石英晶体压电效应机制。 3. 压电陶瓷的压电效应机制。 4. 石英与压电陶瓷压电效应的差异。 5. 测量信号频率响应特性的等效电路。 6. 多片压电晶体串并联与电压、电荷等简单计算。 不考计算题

一、压电效应

正压电效应(顺压电效应)：当某些电介质朝某个方向移动时施力当它变形时，内部会产生极化，同时在一定的表面产生电荷，外力去除后，无带电状态恢复。当力方向发生变化时，电荷极性也会发生变化。

逆压电效应(电致伸缩效应)：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。

相当于机械能和电能的转换

1.石英晶体压电效应

通常沿电轴X－X方向在力作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应把机械轴放在一边Y－Y方向在力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应”，沿光轴Z－Z方向受力则无压电效应。

X轴有正压电效应Y、Z轴方向没有电荷

2.压电陶瓷的压电效应

原压电陶瓷内极化强度为零，中性，无压电性能。极化方向旋转，倾向于按外电场方向排列。剩余的极化强度很大，材料具有压电特性。

束缚电荷（内部）陶瓷片的电极表面吸附了一层外界自由电荷。

① 转换性能。要求压电常数大。 ② 机械性能。机械强度高，刚度大。 ③ 电性能。高电阻率和大介电常数。 ④ 环境适应性。温湿度稳定性好，要求居中点高，工作温度范围宽。 ⑤ 时间稳定性。压电性能不随时间变化。

	压电系数	介电常数	居里点
石英	低	小	573
压电陶瓷	高	大	低

(1)电荷源与电容并联

(2)电压源与电容串联

前放大器：电阻反馈电压放大器带电容板反馈的电荷放大器

电荷放大器电路电缆长度变化影响不大

电压放大器	作用于压电元件的力为静态力（ω=0）时，前放大器的输出电压等于零，压电传感器不能用于静态力的测量。压电式传感器具有相当好的高频响应特性。当改变连接传感器与前置放大器的电缆长度时Cc灵敏度值必须重新校正才能改变。
电荷放大器	电容器和电缆的长度不会影响电荷放大器的输出

并联

串联

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并联

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串联