【正文】 應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)” , 而把沿機(jī)械軸 y 方向的作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。 1．正壓電效應(yīng) 電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力 產(chǎn)生變形 外力去掉，回到不帶電狀態(tài) 內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，表面產(chǎn)生電荷 壓電效應(yīng)動(dòng)畫演示 2. 逆壓電效應(yīng) 極化方向上施加交變電場(chǎng) 產(chǎn)生機(jī)械變形 去外加電場(chǎng)，變形消失 逆壓電效應(yīng)動(dòng)畫演示 二、壓電材料 石英晶體是單晶體結(jié)構(gòu)。 可見壓電式傳感器是一種典型的 “ 雙向傳感器 ” 。 ※ 機(jī)械軸（ Y軸、 2）：在電場(chǎng)沿 X向作用下，沿該軸方向的機(jī)械變形最大。 下標(biāo) m：產(chǎn)生電荷的面的軸向 下標(biāo) n：施加作用力的軸向 lbFddP xxxxx 1111 ?? slbqP xxxx ?xxx Fdq 11? 石英晶片受壓力或拉力時(shí)，電荷的極性如圖所示 在 X軸方向施加壓力時(shí) ， 左旋石英晶體的 X軸正向帶正電；如果作用力Fx改為拉力時(shí) ， 則電荷仍出現(xiàn)在在垂直于 X軸的平面上 ， 但極性相 反 ， 如圖（ a） 、 （ b） 。 壓電陶瓷在極化面上受到垂直于它的均勻分布的作用力時(shí)（亦即作用力沿極化方向），則在這兩個(gè)鍍銀極化面上分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷。 P=ql 矢量，方向由負(fù)電荷指向正電荷。 在 x軸的正方向出現(xiàn)負(fù)電荷 , 電偶極矩在 y方向上的分量仍為零 , 不出現(xiàn)電荷 。39。 由等效電路可知，只有傳感器內(nèi)部信號(hào)電荷無(wú) “ 漏損 ” ，外電路負(fù)載無(wú)窮大時(shí)，壓電傳感器受力后的電壓或電荷才能長(zhǎng)期保存下來(lái)，否則電路將以某時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電，這對(duì)于靜態(tài)標(biāo)定以及低頻準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量極為不利，必然帶來(lái)誤差。這也就是從原理上決定了壓電式傳感器不能測(cè)量靜態(tài)物理量。 一般反饋電容 Cf可選擇的范圍為 100～104pF。 當(dāng)試件的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí) ， 傳感器輸出電荷 （ 或電壓 ） 正比于作用力 。 所以壓電式傳感器的高頻響應(yīng)特性特別好 ， 頻響范圍寬 。 2． 中高溫環(huán)境下的振動(dòng)測(cè)試 隨著耐高溫的壓電材料的研制成功 ， 現(xiàn)在已研制出在400℃ ， 甚至高達(dá) 700℃ 的中高溫環(huán)境下應(yīng)用的壓電式傳感器 。 還有如車輛道路模擬實(shí)驗(yàn) ， 火車環(huán)境振動(dòng)測(cè)量分析 ， 人體的動(dòng)態(tài)特性研究等很多方面 ， 壓電式加速度傳感器都有著廣泛的應(yīng)用 。 壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu) 常用的壓電式壓力傳感器是膜片型結(jié)構(gòu)，膜片可采用圖所示結(jié)構(gòu)。 壓電式壓力傳感器的應(yīng)用 壓電式壓力傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍很寬 ， 頻響特性好 ，能測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)的壓力和高頻變化的動(dòng)態(tài)壓力 。 。 因此廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸 、 油管 、 進(jìn)排氣管的壓力測(cè)量 。 （ c ）（ a ） （ b ） 絕緣套 后座 （芯體） 外殼 墊圈 石英晶片 導(dǎo)電片 石英晶片 傳力塊 膜片 p 預(yù)緊筒殼體絕緣套導(dǎo)線柱芯體絕緣套電極晶片組膜片 （ b ） （ a ） 膜片型的壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，輕便全密封，端（膜片及傳力塊）動(dòng)態(tài)質(zhì)量小，具有較高的諧振頻率。 由上式可知，輸出 電荷量與輸入壓力成正比 關(guān)系，一般壓電式壓力傳 感器的線性較好 pSF ?ijp S dq ? 引線插針絕緣體殼體壓電元件 膜片絕緣體 p 靈敏系數(shù) 壓電式壓力傳感器的靈敏系數(shù)是指其輸出電荷量（電荷或電壓）與輸入量（壓力）的比值，也可以分別用電荷靈敏系數(shù)和電壓靈敏系數(shù)來(lái)表示。采用壓電式加速度傳感器測(cè)量 ， 它不僅耐高溫 、 而且體積小 ，能安裝在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)軸承機(jī)匣上 ， 能相當(dāng)準(zhǔn)確的測(cè)量出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大振動(dòng) 。 尤其是配用電荷放大器 ， 時(shí)間常數(shù) ? 長(zhǎng)達(dá)105s， 可用來(lái)測(cè)準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)量 。其數(shù)學(xué)模型為 殼體 彈簧 質(zhì)量塊 壓電片輸出端 x y m c K 基座 （ b ） （ a ） 式中 m —— 壓電元件質(zhì)量； c —— 等效阻尼系數(shù)； k —— 等效剛度系數(shù)； x —— 質(zhì)量塊相對(duì)于基座位移的振幅； a —— 慣性力引起的加速度振幅（即振動(dòng)體加速度的振幅）。信號(hào)頻率越小， Cf項(xiàng)越重要，當(dāng) ffffsc jj)1)(j(jCgqACgqAU????????????ff gC ??fs c m 2 CqU ?2f2fs c m 2 CgqU???? 這是截止頻率點(diǎn)的輸出電壓，增益下降 3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的下限截止頻率為 由上式可見，低頻時(shí)電荷放大器的頻率響應(yīng)僅決定于反饋電路參數(shù)