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压电传感器的工作原理 压电式传感器由压电传感元件和测量转换电路组成。压 电传感元件是一种力敏感元件，但凡能够变换为力的物理量, 如应力、压力、振动、加速度等，均可开展测量，由于压电 效应的可逆性，压电元件又常用作超声波的发射与接收装置。 压电式传感器是一种典型的自发电型传感器，以电介质 的压电效应为根底，外力作用下在电介质外表产生电荷，从 而实现非电量测量。 某些电介质在沿一定方向上受到力的作用而变形时，内 部会产生极化，同时在其外表有电荷产生，当外力去掉后， 外表电荷消失，这种现象称为压电正向效应。 反之，在电介质的极化方向施加交变电场，它会产生机 械变形。当去掉外加电场，电介质变形随之消失。这种现象 称为压电逆向效应（电致伸缩效应）。 1、压电效应机理分析 具有压电效应的物质很多，如天然的石英晶体、人造的 压电陶瓷等，现以石英晶体为例，说明压电效应机理。如图 1所示为石英晶体切片，石英的晶体构造为六方晶体系，化 学式为Si02o坐标轴定义如下： X轴：两平行柱面内夹角等分线，垂直此轴压电效应最 强。称为电轴。 Y轴：垂直于平行柱面，在电场作用下变形最大，称为机械轴。 Z轴：无压电效应，中心轴，也称光轴。 图1石英 晶体切片图 硅离子有4个正电荷，氧离子有2个负电荷，一个硅离 子和两个氧离子交替排列。 2、构造特性 （1）沿Y轴方向作用拉力与沿X轴方向作用压力，晶 胞构造变形一样，因而产生的电荷极性一样，同样道理，沿 X轴方向作用拉力与沿Y轴方向作用压力而产生的电荷极性 一样。 （2）在晶体的线性弹性范围内，当沿X轴方向作用压 力FX时，在与X轴垂直的平面上产生的电荷量为Q = dllFX （3）如果沿Y轴方向作用压力Fy时，电荷仍出现在与 X轴相垂直的平面上，其电荷量为Q = dl2 1/ 8 Fy =-dll 1/5 Fy 1为石英晶片的长度；3为晶片的厚度，dl2为沿Y轴 方向施力的压电常数，由于石英晶体的轴对称，所以dl2 = -dllo负号表示所产生的电荷极性相反。