本项目学习指导:

5.1 内容提要

本项目学习压电传感器的工作原理、测量电路和应用。

1)压电和压电材料

当某些晶体受到一定方向外力作用时，内部将产生极化现象，会在两个对应晶面上产生等量的正、负电荷，电荷量与施加的外力大小成正比，当外力取消，电荷随之消失，这种现象称为压电效应。相反，若在晶体的极化方向上施加外电场，晶体会在一定晶轴方向产生机械变形，当外电场撤除，形变也随之消失，这种现象称为逆压电效应。

常见的压电材料分为三类:一是单晶压电晶体:如石英、硫酸锂，磷酸二氢铵等;二是多晶体压电陶瓷，如极化的铁电陶瓷、锆钛酸铅(PZT)和铌酸铅:三是新型压电材料，如某些高分子压电薄膜，可用于那些使用其他固体材料无法满足尺寸和形状要求的场合。压电陶瓷的压电系数高于石英晶体，但是它的居里点要低于石英晶体。

2)压电传感器的工作原理及等效电路

根据压电效应，当压电元件受到外力作用时，就会在两个电极上产生极性相反、电量相等的电荷Q，这样压电传感器可以看成一个静电发生器;由于两个极板上聚集电荷，中间为绝缘体，它又可以看成一个电容器。因此，压电传感器可以等效为一个电荷源和一个电容器并联;也可等效为一个与电容串联的电压源。

3)压电传感器的测量电路

压电传感器的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器。其主要作用一是将其高输入阻抗变换为低输出阻抗;二是将微弱信号进行放大。前置放大器主要有两种形式:电荷放大器和电压放大器。

电压放大器与电荷放大器相比，电路简单、元件少、价格便宜、工作可靠，但是，电缆长度对测量精度的影响较大，而使用电荷放大器则可以在一定条件下，使传感器的灵敏度与电缆长度无关。

4)压电式传感器的应用

压电式传感器属于典型的力敏元件，凡是最终转换为力的机械量，如压力、冲击、位移、加速度、振动等，都可以用相应的压电式传感器来测量。

5.2 基本要求

掌握压电传感器的工作原理、测量电路，了解其典型应用;掌握超声波传感器的原理、特性及其应用。

5.3重点与难点

1.重点:压电效应及压电材料、压电传感器工作原理及测量电路。

2.难点:压电传感器的两种等效电路、测量电路及其应用。