、 压电传感器的工作原理 压电式传感器是一种自发电式传感器。它 以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用 下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量 电测的目的。 压电传感元件是力敏感元件，它可以测量 最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态 力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静 态参数的测量。 压电式传感器具有体积小、质量轻、频响 高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件， 因此结构坚固、可靠性、稳定性高。 2023/7/17
2023/7/17 1 一、压电传感器的工作原理 压电式传感器是一种自发电式传感器。它 以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用 下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量 电测的目的。 压电传感元件是力敏感元件，它可以测量 最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态 力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静 态参数的测量。 压电式传感器具有体积小、质量轻、频响 高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件， 因此结构坚固、可靠性、稳定性高
(一)压电效应 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金 刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片 受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷， 电荷Q与所施加的力F成正比，这种现象称为 压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效 应。 若在电介质的极化方向上施加交变电压， 它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电 介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效 应（电致伸缩效应)。 2023/7/17
2023/7/17 2 （一）压电效应 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金 刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片 受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷， 电荷Q与所施加的力F成正比 ，这种现象称为 压电效应 。还有一些人造的材料也具有压电效 应。 若在电介质的极化方向上施加交变电压， 它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电 介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效 应（电致伸缩效应）
当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出 电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态 力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。 2023/7/17
2023/7/17 3 当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出 电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态 力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失
二、压电材料的分类及特性 压电传感器中的压电元件材料有许多：主要有压 电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料，另外还有水溶 性和铌酸锂压电晶体及压电半导体。 1、石英晶体 2023/7/17
2023/7/17 4 二、压电材料的分类及特性 压电传感器中的压电元件材料有许多： 主要有压 电晶体、压电陶瓷和高分子压电材料，另外还有水溶 性和铌酸锂压电晶体及压电半导体。 1、石英晶体
天然形成的石英晶体外形（续） 2023/7/17
2023/7/17 5 天然形成的石英晶体外形（续）
石英晶体切片及封装 石英晶体薄片 晶体毛片 双面镀银并封装 2023/7/17
2023/7/17 6 石英晶体薄片 双面镀银并封装 石英晶体切片及封装
WLD 石英晶体振 27.000MHz C8 4B 晶振 5792BB NS 石英晶体在振荡电路 中工作时，压电效应与逆 R13 压电效应交替作用，从而 产生稳定的振荡输出题率
2023/7/17 7 石英晶体振荡器（晶振） 石英晶体在振荡电路 中工作时，压电效应与逆 压电效应交替作用，从而 产生稳定的振荡输出频率。 晶振
2、压电陶瓷 压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比 石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较 低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都 采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅 系列压电陶瓷(PZT)及非铅系压电陶瓷（如 BaTi03等)。 2023/7/17 8
2023/7/17 8 2、压电陶瓷 压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比 石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较 低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都 采用压电陶瓷 。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅 系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷 （如 BaTiO3等）
压电陶瓷外形 2023/7/17 9
2023/7/17 9 压电陶瓷外形
无铅压电陶瓷及其换能器外形 (上海硅酸盐研究所研制) 2023/7/17 10
2023/7/17 10 无铅压电陶瓷及其换能器外形 （上海硅酸盐研究所研制）