压电传感器工作原理与应用

"第六章 压电传感器 - 自动检测技术及应用（第2版）课件" 本文将深入探讨压电传感器的工作原理、测量转换电路、结构及其在振动测量和频谱分析中的应用。压电传感器是利用特定电介质的压电效应来实现非电量到电量的转换，它在力、压力、振动等动态参数的测量中有着广泛的应用。 **压电效应**是压电传感器的核心原理。当某些电介质如石英晶体受到外力作用时，其内部晶格结构发生变形，导致电荷在其表面产生，这种现象即为压电效应。电荷Q的大小与作用力F成正比，使得传感器能够将机械信号转化为电信号。例如，天然石英晶体，其化学式为SiO2，具有独特的六角形晶格结构，受到压力时会产生电荷。 **逆压电效应**，又称为电致伸缩效应，是指在电介质的极化方向上施加电压时，电介质会随之发生机械变形。当外部电场移除后，这种变形也会消失。这一特性使得压电材料在一些特定应用中能够作为驱动元件。 **压电传感器的工作原理**：压电元件作为力敏感元件，可以测量动态力、动态压力和振动加速度等，但不适合用于静态参数的测量。这是因为压电效应在没有变化的力作用下不会产生电荷。压电传感器通常包括压电元件和测量转换电路两部分，其中，测量转换电路主要是电荷放大器，用于放大由压电元件产生的微弱电荷信号，以便进行后续的信号处理。 **压电传感器的结构和应用**：压电传感器的结构多种多样，例如面板式电荷放大器，它常用于实验室或工业现场，便于集成到各种测量系统中。压电传感器被广泛应用于振动分析，包括振动的基本概念、振动传感器和振动频谱分析。在振动测量中，通过压电传感器可以获取系统的振动信息，通过频谱分析可以揭示系统的动态特性，如频率响应、故障诊断等。 **压电传感器的测量转换电路**：为了有效利用压电效应产生的电荷，必须将其转换为电压信号。电荷放大器是这种转换的关键部件，它具有高输入阻抗，能够保持电荷信号不因泄漏而衰减，并将电荷转换为可读的电压输出。 压电传感器是一种自发电式的传感器，利用压电和逆压电效应，实现了非电物理量向电学量的转换，广泛应用于力学、声学、振动分析等领域。理解其工作原理和应用，对于设计和使用这类传感器进行精确测量至关重要。