压电效应与应用：6.2压电式传感器等效电路详解

本章节主要讨论的是胡向东在其著作《传感器与检测技术》的第六章中对压电式传感器的深入解析。压电式传感器是一种利用压电效应工作的装置，其核心内容包括工作原理、测量电路设计以及实际应用。 6.1 压电效应是压电式传感器的基础。它描述了当某些电介质（如石英晶体或压电陶瓷）在受到机械力作用时，会发生极化现象，导致表面电荷的积聚，当外力消失后，电荷会自动恢复。这种现象可以将机械能转化为电能，表现为正压电效应。反过来，当在压电材料上施加交流电压时，材料会产生机械振动，即电致伸缩效应，这是逆压电效应的体现。 压电材料是压电式传感器的关键组成部分。石英晶体，特别是单晶体，因其独特的性质，如X、Y轴向受力时产生的压电效应明显，而Z轴方向则没有。相比之下，压电陶瓷作为人工制造的多晶体材料，其内部电畴在外部电场作用下发生极化并趋向一致，形成剩余极化，从而展现压电特性。压电陶瓷的压电系数比石英晶体更大，这使得它们在某些应用中更具优势。 6.2 压电式传感器的测量电路设计是为了有效地将传感器的输出信号转换为可读的电信号。这部分内容可能涉及到传感器与放大器、滤波器、信号调理电路的集成，以减小噪声、提高信噪比，并确保测量结果的准确性和稳定性。 6.3 压电式传感器广泛应用于各种与力相关动态参数的测量，如动态力、机械冲击、振动等。它们能够将诸如加速度、压力、位移、温度等非电量转换为电信号，这使得它们在工业控制、航空航天、汽车工程等领域有着广泛的应用。 这一章节深入探讨了压电效应的工作原理、压电材料的选择及其在实际应用中的关键作用，以及如何通过设计测量电路来捕捉和处理这些传感器产生的信号。理解并掌握这些内容对于从事传感器技术或相关领域研究的人来说至关重要。