压电传感器简介
压电传感器是运用某些电介质受力后发作的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在遭到某一方向的外力效果而发作形变（包含曲折和弹性形变）时，因为内部电荷的极化现象，会在其外表发作电荷的现象。压电资料 它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电资料。压电式传感器中用得最多的是归于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。
压电传感器首要参数
（1）压电常数是衡量资料压电效应强弱的参数， 它直接关系到压电输出的灵敏度。
（2）压电资料的弹性常数、 刚度决议着压电器材的固有频率和动态特性。
（3）关于必定形状、 尺度的压电元件， 其固有电容与介电常数有关; 而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。
（4）在压电效应中，机械耦合系数等于转化输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根; 它是衡量压电资料机电能量转化功率的一个重要参数。
（5）压电资料的绝缘电阻将削减电荷走漏， 然后改进压电传感器的低频特性。
（6）压电资料开端损失压电特性的温度称为居里点温度。
压电式传感器的长处与缺陷
压电式传感器的长处是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简略、作业牢靠和重量轻等。压电晶体可长时间作业温度可到达400℃以上，瞬间（10个毫秒级）冲击温度可达4000K以上，可接受很高的外表压力（》150N/mm2）、刚度很高、线性好、迟滞小、在很宽的温度规模内灵敏度稳定、频响规模宽、可接受简直无限的载荷循环数，绝缘阻抗十分高。
别的，因为石英晶体的高刚度，丈量时相应的资料变形极小，一般在几微米之内，石英灵敏元件的高固有频率特别适合于快速和动态进程的丈量，它们不只可以用于研发，也被广泛用于工业出产和实验进程。因为丈量进程中几无形变，所以缓慢或准静态进程丈量的差错很小。压电式传感器的缺陷是某些压电资料需求防潮办法，并且输出的直流呼应差，需求选用高输入阻抗电路或电荷扩大器来战胜这一缺陷。
压电传感器的运用
1、用于减振降躁
压电智能结构在振荡操控中的运用研讨展开得最早，研讨成果也较丰厚，首要会集于大型航天柔性结构的振荡操控。操控体系的规划一般有三种办法， 即主动操控、被迫操控及主被迫混合操控。被迫操控体系结构简略、简单完成、成本低，但短少操控上的灵敏性，对突发性环境改变应变能力差；与被迫操控比较，主动操控以现代操控理论为首要东西，具有较大的灵敏性，对环境的习惯能力强，是当时振荡工程中的一个研讨热门；被迫操控与主动操控相结合构成混合操控战略是当时振荡工程的一个新式方向。压电智能结构的另一个重要运用方向是噪声主动操控。首要用于潜艇、飞行器以及车辆等三维关闭空间内部噪声的操控。与壁板振荡主动操控不同之处在于振荡操控是操控板的模态，而噪声操控则首要是操控发作声强的部分。
2、用于结构静变形操控
经过操控压电智能结构的变形可以调整结构的几许形状，保护结构准确的外形和方位，这在空间站及其他空间飞行器及柔性机械的操控中具有重要的运用价值。如在空间飞行器中，可经过操控准确结构的变形，以确保空间天线反射器、望远镜等精密仪器正常作业；在机器人中，经过压电元件操控柔性机械臂运动，可进步机械手的运动精度。
3、用于结构损害监测
运用压电传感元件进行结构损害监测首要有两种办法，其一是用压电传感器来准确感知结构力学性质的改变，并经过进一步地核算和剖析，对结构的损害进行猜测；另一种则是经过剖析结构中传达的振荡波来进行损害猜测。这两种办法可以为结构的安全鉴定与损害定位供给牢靠信息，然后为土木工程结构长时间、实时健康检测供给了新的办法。
4、用于加工工艺监测
压电式力、应力、振荡及声发射传感器因其具有共同的长处成为现代化主动操操控造业中状况监测的抱负挑选。关于磨削、钻孔和攻丝，选用最新的遥测技能规划一种新颖的石英多重量力及力矩的传感器，这种新式的旋转切削测力计可以直接设备在轴和刀具之间，直接丈量旋转刀具的切削力，对剖析方案出产进程和确认用于实践出产中挑选最佳切削参数都具有重要的含义。金属加工进程中会发作声发射现象，其间含有丰厚的信息，其最重要的价值是对零件所发作的缺陷及初始毛病能给出牢靠的指示。一种立异的双用传感器将声发射传感器与三重量测力传感器合二为一，将这种双用传感器设备在车床夹具的恰当方位，就可以接连监测切削力、进刀力和被迫力的巨细以及相关的声发射信号。
5、用于车辆行进称重
压电传感技能与网络技能和视频技能相结合可以完成对车轴数、车速、轴距、行进中车辆载重量的信息进行搜集并加以剖析，然后在智能交通体系中发挥严重效果。如美国MSI公司研讨开发的共聚物压电轴传感器，可获取准确的速度信号、触发信号和分类信息及长时间反应交通信息计算数据。巴西、德国、日本和韩国在压电检测的车辆行进中称重功用方面也有很多的运用。
6、用于压电传感电缆
人们最近开宣布一种压电层较厚的同轴电缆方式的PVF2压电资料——PVF2压电电缆。这种压电电缆用接连工艺出产，长度可达几千米，直径为1.5mm。它能把声响、振荡、冲击、压力、应力和应变转化为电信号，运用办法十分灵敏，它战胜了压电薄膜及压电陶瓷的缺陷和运用的局限性，展现出很大的运用远景。它的首要运用领域是：水声学、冲击传感、振荡传感、侵略报警和安全防卫、交通流量计算、应变应力丈量、工业操控与检测等。
7、用于航空和帆海
由Sigma 研讨公司研发而成的“便携式主动长途查看体系”，简称PARIS，专门为对大面积层状结构或复合结构进行原位查看而规划。其要害元件是一个200mm&TImes;200mm的可变形PVDF压电薄膜，其间含有1024 个换能器。这种膜的柔韧性很好，可以与曲率半径为4的曲折外表彻底贴合。与它相连的设备还有一个手提操控器、数据采样器和显示设备等。这种接收器的总信噪比达100dB，中心频率为2.5MHz。飞机上的石墨—环氧树脂复合物或舰艇上的大型结构都可以用它来进行很便利的测验。而关于铝和钢的测验，这方面早已获得了令人满意的成果。
8、压电式报警器
玻璃破碎报警设备它运用压电元件对振荡灵敏的特性来感知玻璃受碰击和破碎时发作的振荡波。传感器把振荡波转化成电压输出，输出电压经扩大、滤波、比较等处理后供给给报警体系。传感器的最小输出电压为100 mV，最大输出电压为100 V，内阻抗为15～20 kq。玻璃破碎时会宣布几千赫兹至几十千赫兹的振荡，运用时将高分子压电薄膜传感器粘贴在玻璃上，感触这一振荡，然后经过电缆和报警电路相连，将压电信号传送给会集报警体系。为了进步报警器的灵敏度，信号经扩大后，再经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰减要小，而频带外衰减要尽量大。玻璃振荡的波长在音频和超声波的规模内，这就使滤波器成为电路中的要害。只有当传感器输出信号高于设定的阈值时，才会输出报警信号，驱动报警执行机构作业。玻璃破碎报警器可广泛用于文物保管、宝贵产品保管及其他产品货台保管等场合。
