1、第 6章 压电式传感器压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的 压电效应 ，是典型的 双向有源传感器 。压电式传感器具有体积小、重量轻、工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量，以及声学、医学 、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。第 6章 压电式传感器6.1 压电效应及压电材料6.2 压电元件的常用结构形式6.3 压电式传感器的等效电路和测量电路6.4 压电式传感器的结构组成6.5 压电式传感器的应用6.1 压电效应及压电材料6.1.1 压电效应6.1.2 压电材料6.1.1 压电效应 压电效应 某些电介质，沿一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在它的两个表
2、面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又会恢复到不带电状态，这种现象称为 压电效应 。作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。 逆压电效应 在这些电介质的极化方向上施加电场，它们也会产生变形，电场去掉后，变形随之消失，这种现象称 逆压电效应 ，或 电致伸缩效应 。6.1.1 压电效应1.石英晶体的压电效应石英晶体是最常用的压电晶体之一。 其化学成分为 SiO2，是单晶体结构。 它理想的几何形状为正六面体晶柱，实际上两端为晶锥形状。通过上下晶锥顶点的 z轴称为 光轴 ，在此方向不产生压电效应。6.1.1 压电效应经过正六面体 两相对 棱线且垂直于光轴的 x轴称为 电轴 ；与 x轴和 z轴同时垂直
3、的 y轴称为 机械轴 。按照图示方向切割，得到的压电晶体切片三条棱边分别沿 x、 y、 z方向 。 实际切割方向有多种 。6.1.1 压电效应通常把沿电轴 (x轴 )方向的力作用下产生电荷的压电效应称为 纵向压电效应 ，把沿机械轴 (y轴 )方向的力作用下产生电荷的压电效应称为 横向压电效应 。作用力为剪切力时称为 切向压电效应 。 6.1.1 压电效应从石英晶体上沿轴线切下的一片平行六面体如图所示。若晶体切片受到 x方向的压力 Fx作用，在垂直于 x轴的平面 (称为 x面 )上所产生的电荷 qx与作用力 Fx成正比，即式中 ， d11为 压电系数 。当受力方向和变形不同时，压电系数也不同。石英晶体 d11 2.3110 12 C/N。6.1.1 压电效应从式 (6.1)可以看出，此时切片上产生的电荷多少与切片的尺寸无关，即 qx与 Fx成正比。电荷 qx的符号由晶体受压还是受拉决定。6.1.1 压电效应如果在同一切片上作用的力是沿着机械轴 y方向的，其电荷仍出现在与 x轴垂直的平面上，但极性方向相反。此时电荷的多少与 尺寸有关， 大小为
