压电传感器

定义压电换能器是变化的设备电荷，由机械力的应用而产生的电势。压电换能器产生的电压为电荷位移的影响。

压电式换能器是基于压电效应。

电压为:

压电效应

正如我们已经讨论过的，这些换能器工作在压电效应的原理上，这里的词piezo的意思是压力或力。力越大，输出端的电压就越高。电压测量装置可以很容易地测量电势。

压电材料具有压电的特性。由于这一特性，如果晶体的尺寸发生变化，压电材料的晶体表面就会出现电势。

这种效果是可逆的，即，如果在适当的轴上给出不同的电位，则它将自动变化晶体的尺寸，这导致晶体的变形。

具有压电特性的元件称为压电元件electro-resistive元素。

常用的压电材料有罗谢尔盐、磷酸二氢铵、石英、硫酸锂等。石英晶体在施加机械应力时产生电压，从而显示出独特的特性。

石英和罗谢尔盐属于天然群体。陶瓷材料的性质是多晶，由钛酸钡组成。在原创性中，它们没有压电性能，但适当的偏振处理用于生产这些性质。

简而言之，压电换能器会发生变化机械运动成电信号因为机械运动产生电荷，电荷以电压的形式出现。这种效应是方向敏感的。

压电晶体如下图所示:

晶体表面产生的电荷的大小和极性与施加的力的大小和方向成比例。

电荷,Q = DχF库仑

: d =晶体的电荷灵敏度;C / N

F =所施加的力N

晶体的厚度随力的作用而变化: A =晶体面积，单位为m²

t =晶体厚度，单位为m

E =杨氏模量，N/m²

杨氏模量为:

l A =ω

:ω= m中晶体的宽度

l =晶体长度，单位为m

代入“电荷方程”中“力”的值:

现在，由于这个电荷，我们有一个输出电压C:_p=电极之间的电容

它是由

替代我们将获得的价值

但我们知道所以,

g为电压灵敏度，单位为Vm/N

现在,

但是,E₀/t=电场强度，V/m

设ε= E₀/t =电场

晶体电压灵敏度是电场强度与压力的比值

有时，用不受力影响的偏转来表示输出电压更好。这是因为变形是真正的原因负责代。

压电晶体的工作模式

操作方式如下:-

• 厚度剪切
• 面对剪切
• 厚度膨胀
• 横向扩张的

模式如下所示：

压电晶体的性质

• 压电电材料显示出高稳定性。
• 这种材料的输出对温度和湿度不敏感。
• 它们可以被制成最理想的形状。
• 压电换能器的等效电路。

基本电路如下所示:

在这里,Q = dF

电荷产生跨越C_p和R_p为漏电阻

应用程序

1. 这些材料用于动态测量。
2. 它们用于稳定电子振荡器。
3. 它用于麦克风和扬声器。
4. 用于超声波发生器。

优势

1. 由于它的体积小，所以很容易操作。
2. 随着参数的快速变化，分别表现为高频。
3. 它不需要外力。

缺点

1. 接收到的输出很低。
2. 很难为晶体提供所需的形状。

它需要有一个与之相关的外部电路，因为压电换能器产生的输出是低的。