壓電式傳感器是一種利用壓電材料的壓電效應將機械量轉換為電信號的傳感器。壓電材料是一類具有壓電效應的材料，當受到機械應力作用時，會產生電荷或電壓，從而實現機械量與電信號的轉換。

1. 壓電效應原理

壓電效應是指某些材料在受到機械應力作用時，會產生電荷或電壓的現象。這種現象最早由法國科學家雅克·庫侖于 1880 年發現。壓電效應可以分為正壓電效應和逆壓電效應。正壓電效應是指材料在受到機械應力作用時產生電荷或電壓，而逆壓電效應是指材料在受到電場作用時產生形變。

壓電效應的產生是由于材料內部的晶格結構和電子結構的特殊性。在壓電材料中，晶格結構的非對稱性導致電子結構的非對稱性，從而產生壓電效應。壓電效應的強弱與材料的晶格結構、電子結構和晶體取向等因素有關。

2. 壓電材料的分類

壓電材料可以根據其晶體結構、壓電性能和應用領域進行分類。常見的壓電材料可以分為以下幾類：

1. 單晶壓電材料：單晶壓電材料具有較高的壓電性能和穩定性，常用的單晶壓電材料有石英晶體、鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體等。
2. 多晶壓電材料：多晶壓電材料是由多個晶體組成的壓電材料，具有較低的成本和較好的加工性能，常用的多晶壓電材料有鋯鈦酸鉛（PZT）、鈦酸鋇（BaTiO3）等。
3. 陶瓷壓電材料：陶瓷壓電材料是由多種氧化物組成的壓電材料，具有較高的壓電性能和穩定性，常用的陶瓷壓電材料有鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）、鈦酸鋇鍶（BST）等。
4. 有機壓電材料：有機壓電材料是由有機高分子材料組成的壓電材料，具有較低的密度和良好的柔韌性，常用的有機壓電材料有聚偏氟乙烯（PVDF）等。
5. 復合材料：復合材料是由兩種或兩種以上的材料組成的壓電材料，具有較高的壓電性能和良好的機械性能，常用的復合材料有壓電陶瓷與金屬、聚合物等的復合材料。
6. 常用壓電材料的特性
7. 石英晶體：石英晶體是一種天然存在的單晶壓電材料，具有較高的壓電系數和穩定性。石英晶體的壓電系數隨晶體取向和溫度變化而變化，因此在設計壓電傳感器時需要考慮這些因素。石英晶體廣泛應用于諧振器、濾波器、傳感器等領域。
8. 鈮酸鋰晶體：鈮酸鋰晶體是一種人工合成的單晶壓電材料，具有較高的壓電系數和較低的介電常數。鈮酸鋰晶體的壓電性能受溫度影響較小，因此在高溫環境下具有較好的穩定性。鈮酸鋰晶體廣泛應用于高頻濾波器、傳感器等領域。
9. 鉭酸鋰晶體：鉭酸鋰晶體是一種人工合成的單晶壓電材料，具有較高的壓電系數和較低的介電常數。鉭酸鋰晶體的壓電性能受溫度影響較小，且具有較高的機械強度和耐化學腐蝕性。鉭酸鋰晶體廣泛應用于傳感器、換能器等領域。
10. 鋯鈦酸鉛（PZT）：鋯鈦酸鉛是一種多晶壓電材料，具有較高的壓電系數和良好的溫度穩定性。PZT可以通過調整鋯和鈦的比例來優化其壓電性能。PZT廣泛應用于傳感器、換能器、執行器等領域。
11. 鈦酸鋇（BaTiO3）：鈦酸鋇是一種多晶壓電材料，具有較高的壓電系數和較低的介電常數。BaTiO3的壓電性能受溫度影響較大，因此在設計壓電傳感器時需要考慮溫度補償。BaTiO3廣泛應用于傳感器、換能器等領域。
12. 鋯鈦酸鉛鑭（PLZT）：鋯鈦酸鉛鑭是一種陶瓷壓電材料，具有較高的壓電系數和良好的溫度穩定性。PLZT可以通過調整鑭的含量來優化其壓電性能。PLZT廣泛應用于傳感器、換能器、光學調制器等領域。