压电效应是由皮尔（P.Curie）与杰克斯（J.Curie）发现的。当某些电介质材料（如压电晶体石英SiO2、压电陶瓷钛酸钡BaTiO3、高分子压电材料二氟乙烯PVF2）在受到一定方向上的外力作用下产生形变时，内部会发生极化现象，材料的表面会产生正负电荷。当外力消失后，材料又恢复到不带电的状态。这种现象就是压电效应。压电效应发生时材料表面所带的电荷能够被仪器测量采集，电荷与所受到的外力有对应关系。通过压电材料能够实现机械量与电能量地相互转换。
因为单片压电材料所产生电荷量非常小，在实际应用中为提高输出灵敏度一般采用两块圆形的压电材料，两块圆形压电材料类似于一个电容器，它的电容量为：
式中 εr——压电材料的相对介电常数；
ε0——真空介电常数，ε0=8.85×10-12F/m；
A——压电材料的面积；
d——压电材料的厚度。
在电容器上电荷量q、电容量和电压Ua关系表达式如下：
在理想状态下，压电传感器可以等效为一个电压源，也能够等效为一个电荷源，如图3-1所示。
图3-1 理想压电传感器等效电路
在实际使用过程中，当压电传感器接入到测量电路时，有些因素就必须考虑，这些影响电路的因素主要包括放大器的输入电阻Ri、压电传感器泄露电阻Ra、输入电容Ci以及电缆电容C。实际压电传感器等效测量电路图如图3-2所示。
图3-2 实际测量中的压电传感器的等效电路
加速度传感器结构力学模型由弹簧、质量和阻尼组成的二阶系统构成，如图3-3所示。(www.xing528.com)
图3-3 加速度传感器力学模型
压电式加速度传感器内部结构如图3-4所示。
图3-4 加速度传感器内部结构原理图
它由质量块、压电元件、弹簧、基座和壳体等构成。测量时将传感器与被测物体固定在一起。当传感器受到振动冲击时，质量块在惯性作用下会产生惯性力作用在压电元件上，根据牛顿第二定律，惯性力与加速度的关系式为：
式中 F——惯性力；
m——质量块的质量；
a——加速度。
当压电片受到惯性力F冲击时，在压电效应作用下会产生电荷Q，压电元件力学公式为：
式中 Q——电荷；
dmf——压电常数。
由上式可知，当加速度传感器选定后参数dmf和m就为常数，加速度a就与电荷Q成正比，只要测量出Q的大小就可以计算出相应的加速度值。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
