測力傳感器——壓電測力傳感器

壓電效應(yīng)原理

正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）：壓電效應(yīng)表明了石英晶體的力學(xué)性質(zhì)和電學(xué)的耦，1880年雅克•保羅•居里和皮埃爾•居里發(fā)現(xiàn)在石英，電氣石等多種晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，于是他們將這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）：后來他們發(fā)現(xiàn)電場可以使壓電材料發(fā)生形變，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，他們將這種現(xiàn)象命名為逆壓電效應(yīng)。

常見的壓電材料

常見的壓電材料可分為兩類，即壓電單晶體和多晶體壓電陶瓷。

壓電單晶體有石英(包括天然石英和人造石英)、水溶性壓電 晶體(包括酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒石酸二鉀、硫酸錘等)。

多晶體壓電陶瓷有鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷、 鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等。

壓電材料應(yīng)具備以下幾個(gè)主要特性：

①轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大的壓電常數(shù)。

②機(jī)械性能。機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大。

③電性能。高電阻率和大介電常數(shù)。

④環(huán)境適應(yīng)性。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點(diǎn)，獲得較寬的工 作溫度范圍。

⑤時(shí)間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時(shí)間變化

基于應(yīng)力檢測的壓電傳感器

依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為壓電傳感器。壓電式傳感器是一種典型的有源(發(fā)電型)傳感器，以電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，外力作用下在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量測量。

壓電傳感元件是力敏感元件，其可以對各種動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊和振動(dòng) 進(jìn)行測量，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、石油勘探、導(dǎo)航方面都得到廣泛的應(yīng)用。

壓電式傳感器具有響應(yīng)頻帶寬、靈敏度高、信噪比大、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。