压电效应介绍
压电效应：某些电介质在沿必定方向上遭到外力的效果而变形时，其内部会发生极化现象，一起在它的两个相对外表上呈现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会康复到不带电的状况，这种现象称为正压电效应。当效果力的方向改动时，电荷的极性也随之改动。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。根据电介质压电效应研发的一类传感器称为压电传感器。
压电效应的原理是，假如对压电资料施加压力，它便会发生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则发生机械应力（称为逆压电效应）。假如压力是一种高频轰动，则发生的便是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则发生高频声信号（机械轰动），这便是咱们往常所说的超声波信号。也便是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转化和逆转化的功用，这种彼此对应的联系的确十分有意思。
压电资料可以因机械变形发生电场，也可以因电场效果发生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电资料在工程中得到了广泛的使用。例如，压电资料已被用来制造智能结构，此类结构除具有自承载才干外，还具有自确诊性、自适应性和自修复性等功用，在未来的飞行器规划中占有重要的方位。
压电式传感器的特色
压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振荡进行丈量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的使用。它具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特色。
压电式传感器特性剖析
压电式传感器是用石英晶体或压电陶瓷以及触针等零部件做成的。当触针沿被测工件外表滑动时，因为触针的上下运动而发生- 一个力效果于晶体上，因而使晶体发生- 一个很小的电压，又因为触针施加在晶体的压力随被测外表概括而改变，所以在晶体上发生的电压也随之改变。为了取得粗糙度参数的显现模仿值，需求从这个压电式传感器上出微量电流，用于放大和处理显现值。
因为压电式传感器存在着内阻抗，它必定发生细小的电压衰减，而引起输出的电流值不是原有的测定值，这正是压电式传感器不能彻底取得被测工件实在概括的根本原因。当然，振荡灵敏性高、信号噪声大、电缆噪声大、抗搅扰才干差等要素也会引起丈量差错，但这些要素仅是控制性要素。所以若要使压电式传感器能取得与电感式传感器相同的被测外表的实在概括，只需削减压电式传感器的电压衰减，也便是要求选用一种电压衰减细小的压电晶体资料，才干更好地充分利用压电式传感器的结构简略、便于施行以及带着简便的长处。
压电式传感器与电感式传感器的特性比照
压电式传感器与电感式传感器的针描法的根本原理是相同的。电感式传感器首要可以实在地将触针的上下运动复现为方位灵敏的电感号，用此信号来描绘被测工件外表粗糙度的轮席图形。电感式传感器所以能装备粗糙度的多参数的显现装置、打印机和绘图机并做成台式的贵重的高精度丈量仪器，关键在于电感式传感器测得的电信号能实在反映被测工件外表粗糙度的实在图形。为了比对两种传感器的失真特性，拟定了一种比对电路计划，以尽或许削减其他搅扰的影响，确保比对条件的共同性和尽或许进步比对测验的改变性和稳定性。施行方框图如图1所示。
在选用同一方式的比对条件下选用电感式传感器和压电式传感器对5 种不同的外表粗糙度样块做了比对实验，其测验的概括图形略。比对剖析如下：
（1） 对粗糙度大的加工。外表，电感式传感器和压电式传感器描绘的被测外表概括，两者根本上- 共同，如对R.=6.47的样块进行测验，测得值的差值只需0.5%，小于仪器的示值差错（土5 % ）的技术指标。
（2）对粗糙度小的加工外表（如磨削外表），压电式传感器描绘的被测外表概括比电感式传感器描绘的同一被测外表概括的概括失真、畸变较大，一切概括峰和概括谷的尖利峰谷均成了國角峰谷，单峰数显着削减，甚至在压电式传感器中不能反映单峰特征，从测验样块的R =0.075 的测值比对可知，压电式传感器测得的值均为R》 0.075，并且存在较大的示值改变性（约为10% ）。尽管差错值仍在便携式外表粗糙度丈量仪的仪器示值改变性答应规模（12% ）内，但与电感式传感器的示值改变性（2% ）比较，则高出5 倍之多，这显着暴露出压电式传感器的缺点。
（3） 从仪器的示值改变性测验比对成果可知，压电式传感器比电感式传感器的示值改变性差。所以在规则便携式粗糙度丈量仪的示值差错和示值改变性时，其答应数值均大于台式电感粗糙度丈量仪，仅从两者特性比对可知，这是彻底正确的。但是在便携式外表粗糙度丈量仪的规范草案中却不分传感器的方式，抽象地规则了便携式触针外表粗糙度丈量仪的示值差错、示值改变性和示值稳定性。
（4）按测验比对方图框描绘的被测外表概括图形与两台粗糙度丈量仪的测得值比较，可以以为，其总的趋向是符合的。
定论
压电式传感器之所以仅装备外表粗糙度单参数丈量仪，而不装备描绘图形的记录器，首要原因是遭到压电品体输出特性的约束。因而，只需改进压电晶体的输入输出特性，即选用电压衰减细小的压电资料，才干得到被测工件外表的实在概括图形，并：有或许减小丈量粗糙度多参数的示值差错和示值改变性。当然，对其他引起压电式传感器差错的要素也慎重考虑。如采纳下降压电式传感器的频率差错，下降温度和湿度的影响，以及下降电缆噪声和进步橫向灵敏度等- -系列有用方法，改进压电式传感器的特性是可以完成的。
尽管压电晶体具有固有频率高、灵敏度高和信号噪声比高级长处，但为了取得好的高频呼应，除了应挑选压电系数高的资料之外，还有必要考虑硅油的黏度以及规划合理的机械结构。取得好的低频呼应，有必要增大丈量回路时间常数，增大时间常数的有用方法是加大前置放大器的输入电阻。
