压电传感器：动态测量的核心工具

"第六章 压电传感器——自动检测技术及应用（第2版）课件" 压电传感器是一种基于压电效应的自发电式传感器，主要用于动态测量。其工作原理是利用某些电介质（如石英晶体）在受到外力作用时，会发生晶格变形，进而产生电荷。这一现象被称为压电效应。压电效应使得压电元件能够将机械能转化为电能，因此，它们特别适合用于测量动态力、动态压力、振动加速度等物理量。 然而，压电传感器不适合静态测量的原因在于，压电元件产生的电荷会随时间泄漏，要求测量回路具有无限大的输入阻抗来保持电荷，这是实际操作中无法实现的。在交变力的作用下，电荷可以不断补充，从而提供给测量回路电流，因此压电传感器通常用于频率高于3Hz的动态测量。虽然其在30kHz以上的频率时灵敏度会下降，但它们在振动分析等领域仍有着广泛的应用。 压电传感器的结构包括压电元件和测量转换电路。测量转换电路常常包含电荷放大器，以增强微弱的压电信号并将其转化为可供后续处理的电压信号。压电元件的选择和设计直接影响传感器的性能和应用范围。 在振动测量中，压电传感器能够捕捉到物体的振动状态，通过频谱分析可以了解振动的频率成分，这对于机械设备的故障诊断和性能评估至关重要。振动传感器通常包括压电加速度计，它们可以测量设备的振动加速度，进一步计算出速度和位移，为设备的健康监测提供数据支持。 压电传感器的种类多样，如石英晶体传感器、陶瓷传感器等，它们在各种工业、科研和医疗领域都有应用，如声学、力学、地震学、医学超声波检测等。此外，逆压电效应（电致伸缩效应）也被广泛应用，例如在声波换能器和超声波发生器中，通过外加电场控制压电材料的机械变形。 总结来说，压电传感器以其独特的压电效应，成为动态测量领域不可或缺的工具，但受限于电荷泄漏问题，不适用于静态测量。通过深入理解和巧妙应用压电传感器的原理和技术，我们可以实现对各种动态物理量的精确测量和分析。