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壓電感測器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應製成的感測器。壓電感測器結構簡單、體積小、質量小、功耗小、壽命長,特別是它具有良好的動態特性,因此適合有很寬頻帶的周期作用力和高速變化的衝擊力。

  壓電感測器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應製成的感測器。所謂壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發生形變(包括彎曲和伸縮形變)時,由於內部電荷的極化現象,會在其表面產生電荷的現象。壓電材料 它可分為壓電單晶、壓電多晶和有機壓電材料。壓電式感測器中用得最多的是屬於壓電多晶的各類壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用於高溫輻射環境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。壓電陶瓷有屬於二元系的鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛系列陶瓷、鈮酸鹽系列陶瓷和屬於三元系的鈮鎂酸鉛陶瓷。壓電陶瓷的優點是燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫。缺點是具有熱釋電性,會對力學量測量造成干擾。有機壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龍等十餘種高分子材料。有機壓電材料可大量生產和製成較大的面積,它與空氣的聲阻匹配具有獨特的優越性,是很有發展潛力的新型電聲材料。60年代以來發現了同時具有半導體特性和壓電特性的晶體,如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等。利用這種材料可以製成集敏感元件和電子線路於一體的新型壓電感測器,很有發展前途。

  壓電式感測器的應用:壓電感測器結構簡單、體積小、質量累世、功耗小、壽命長,特別是它具有良好的動態特性,因此適合適合有很寬頻帶的周期作用力和高速變化的衝擊力。

  (1)力測量 壓電式感測器主要利用石英晶體的縱向和剪切的壓電效應,因為石英晶體剛度大、滯后小,靈敏度高、線性好,工作頻率寬、熱釋電誑應小。力感測器除可測單向作用力外還可利用不同切割方向的多片晶體 依靠其不同的壓電效應測量多方向力,如空間作用力3個方向的分力Fx、Fy、Fz

  (2)壓力測量:壓電式壓力感測器主要利用彈性元件(膜片、活塞等)收集壓力變成作用於晶體片上的力,因為彈性元件所用材料的性能對感測器的特性有很大影響。

  (3)加速度測量:壓電式加速度感測器是利用質量塊m由預緊力壓在晶體片上,婁被測加速度a作用時,晶體處會受到慣性力F=ma,由此產生壓電效應,因此質量塊的質量決定了感測器的靈敏度,也影響著感測器的高頻響應。

  壓電感測器只能應用於動態測量:

  由於外力作用在壓電元件上產生的電荷只有在無泄漏的情況下才能保存,即需要測量迴路具有無限大的輸入阻抗,這實際上是不可能的,因此壓電式感測器不能用於靜態測量。

  壓電元件在交變力的作用下,電荷可以不斷補充,可以供給測量迴路以一定的電流,故只適用於動態測量(一般必須高於100Hz,但在50kHz以上時,靈敏度下降)。

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