壓電式傳感器概述

　　壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為電的非電物理量。它的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕等。缺點是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。

　　壓電式傳感器的等效電路

　　將壓電晶片產(chǎn)生電荷的兩個晶面封裝上金屬電極后，就構(gòu)成了壓電元件。當(dāng)壓電元件受力時，就會在兩個電極上產(chǎn)生電荷，因此，壓電元件相當(dāng)于一個電荷源；兩個電極之間是絕緣的壓電介質(zhì)，因此它又相當(dāng)于一個以壓電材料為介質(zhì)的電容器，其電容值為 Ca = εRε0A/δ

　　壓電元件等效為一個與電容相并聯(lián)的電荷源，也可以等效為一個與電容相串聯(lián)的電壓源。

　　壓電式傳感器的測量電路“ width=”415“ height=”223“ title=”壓電式傳感器的測量電路“ align=”“》

　　壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量。壓電元件只有在交變力的作用下，電荷才能源源不斷地產(chǎn)生，可以供給測量回路以一定的電流，故只適用于動態(tài)測量。

　　壓電式傳感器測量電路

　　壓電式傳感器的內(nèi)阻很高，要求與高輸入阻抗的前置放大電路配合，與一般的放大、檢波、顯示、記錄電路連接，防止電荷的迅速泄漏而使測量誤差減少。

　　壓電式傳感器的前置放大器的作用有兩個：一是把傳感器的高阻抗輸出變?yōu)榈妥杩馆敵觯欢前褌鞲衅鞯奈⑷?a target="_blank">信號進(jìn)行放大。

　　根據(jù)壓電式傳感器的工作原理及等效電路，它的輸出可以是電荷信號，也可以是電壓信號，因此與之配套的前置放大器也有電荷放大器和電壓放大器兩種形式。

　　由于電壓前置放大器的輸出電壓與電纜電容有關(guān)，故目前多采用電荷放大器。

　　（1）電荷放大器

　　并聯(lián)輸出型壓電元件可以等效為電荷源。電荷放大器實際上是一個具有反饋電容Cf的高增益運(yùn)算放大器電路

　　電荷放大器的輸出電壓僅與輸入電荷和反饋電容有關(guān)，電纜電容等其他因素的影響可以忽略不計。

　　（2）電壓放大器（阻抗變換器）

　　串聯(lián)輸出型壓電元件可以等效為電壓源，但由于壓電效應(yīng)引起的電容量很小，因而其電壓源等效內(nèi)阻很大，在接成電壓輸出型測量電路時，要求前置放大器不僅有足夠的放大倍數(shù)，而且應(yīng)具有很高的輸入阻抗。