压电式传感器是利用压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换元件的传感器，即当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷或电压输出，是一种典型的自发电式传感器。可以测量力、荷重、加速度等物理量。它具有体积小，质量轻，频带宽，灵敏度高等到优点，近年来压电测量技术的应用十分广泛。
【学习目标】
1.了解压电材料的压电效应，压电式传感器的类型、结构；
2.了解压电式传感器的测量电路；
3.熟悉压电式传感器的应用。
【知识链接】
某些电介质，当沿着一定方向对其施力使它变形后，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。在自然界有压电效应的电介质很多，常见的有石英晶体、压电陶瓷、压电薄膜等。石英晶体的介电常数和压电常数的温度稳定性好，机械强度高，弹性系数较大，适合于测量大量程的力和加速度，常作为标准传感器、高精度传感器的压电元件。
压电元件在承受沿其敏感轴方向的外力作用时，会产生电荷，因此相当于一个电荷发生器。当压电元件表面聚集电荷时，它又相当于一个以压电材料为介质的电容器。故压电元件可以等效为一个电荷源和一个电容相串联的等效电路，又可以把压电元件等效为一个电压源和一个电容相并联的等效电路。
图4.1.8 压电元件等效电路
压电传感器在实际使用时总要与测量仪器或测量电路相连接，因此还需要考虑连接电缆的等效电容Cc、放大器的输入电阻Ri、输入电容Ci以及压电传感器的泄漏电阻Ra。
图4.1.9 压电传感器等效电路(www.xing528.com)
压电式传感器要求负载电阻必须有很大的阻值，才能使测量误差小到可以接受的数值以内，因此常先接入一个高输入阻抗的前置放大器，然后再接一般的放大电路及其其他电路。
【拓展知识】
压电式传感器应用
1.玻璃打碎报警装置
玻璃破碎时会发出几千Hz超声波，将高分子压电薄膜黏贴在玻璃上，可以感受到这一振动，并将电压信号传送给集中报警系统。图4.1.10所示为压电式玻璃破碎报警器，用瞬干胶将传感器黏贴在玻璃上，当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷转换成电压信号，经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。由于感应片很小，且透明、不易察觉，所以安装于贵重物品柜台、展览橱窗，博物院及家庭等玻璃窗角落处。
图4.1.10 高分子压电薄膜振动感应片
2.压电式振动加速度传感器
如图4.1.11所示，压电式振动加速度传感器主要由基座、压电元件、质量块、弹簧及外壳等组成。外壳上有一螺纹孔，使用时用螺栓固定在被测部件上，当被测部件上下振动时，传感器一起同频率振动，压电元件受质量块惯性力的作用，使压电元件产生电荷。
图4.1.11 压电式振动加速度传感器
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