压电传感器详解：工作原理与应用

“电荷放大器-自动检测技术及应用（第2版）课件 （第六章 压电传感器）” 在《电荷放大器-自动检测技术及应用（第2版）》的第六章“压电传感器”中，主要讨论了压电效应及其在传感器中的应用。这一章涵盖了压电传感器的工作原理、测量转换电路、结构和应用，以及振动测量和频谱分析等相关知识。 首先，压电传感器是一种自发电式传感器，基于某些电介质的压电效应。压电效应是指当某些材料如石英晶体受到外力作用时，其内部晶格发生变形，导致材料表面产生电荷。这个电荷量与作用力成正比，使得压电传感器能够将机械信号转化为电信号，用于动态力、动态压力、振动加速度等物理量的测量。然而，由于压电效应是瞬态的，因此这类传感器不适于静态参数的测量。 在压电效应的介绍中，提到了天然石英晶体的结构。石英晶体由硅离子和氧离子构成，其晶格结构在无外力作用时是电中性的。当晶体受到压力时，晶格变形，产生电荷。此外，还讨论了逆压电效应，即在电介质上施加电场会使其机械变形，而撤去电场后，变形也会消失。 压电传感器的测量转换电路中，电荷放大器扮演了重要角色。电荷放大器设计用于处理压电传感器产生的微小电荷，通过屏蔽电缆线传输，同时要考虑传输线的分布电容。电荷放大器通常包含灵敏度选择开关（SC）和带宽选择开关（SR），以便根据不同的测量需求调整放大器的性能。Cf′和Cf″分别代表放大器输入端和输出端的密勒等效电容，它们在电路设计中用于优化信号处理。 章节还深入介绍了压电传感器的结构和应用，包括振动测量和频谱分析。振动测量涉及基本概念，如振动频率和振幅，而振动频谱分析则用于识别系统的动态特性。压电传感器常用于振动监测，如在机械设备的故障诊断和健康监测中。 总结来说，第六章“压电传感器”提供了关于压电效应的深入理解，包括其物理原理、压电材料（如石英晶体）的特性，以及压电传感器的设计、应用和测量技术。这些内容对于理解和应用压电传感器在自动化检测和振动分析等领域具有重要价值。