压电式传感器44976.pptx

9.3 压电式传感器9.3.1 压电式传感器的工作原理压电式传感器的工作原理9.3.2 等效电路及信号变换电路等效电路及信号变换电路9.3.3 压电式传感器应用压电式传感器应用下一页返 回9.3.1 压电式传感器的工作原理l电势型传感器电势型传感器 以压电效应为基础以压电效应为基础压电效应可逆压电效应可逆 “双向传感器双向传感器”l正压电效应正压电效应 某某些些物物质质在在沿沿一一定定方方向向受受到到压压力力或或拉拉力力作作用用而而发发生生改改变变时时，其其表表面面上上会会产产生生电电荷荷；若若将将外外力力去去掉掉时时，它它们们又又重重新新回回到到不不带带电电的的状状态态，这这种种现现象象就就称称为为正正压压电电效效应应。(加加力力 变变形形 产产生生电电荷荷)上一页下一页返 回l逆压电效应逆压电效应 在在压压电电材材料料的的两两个个电电极极面面上上，如如果果加加以以交交流流电电压压，那那么么压压电电片片能能产产生生机机械械振振动动，即即压压电电片片在在电电极极方方向向上上有有伸伸缩缩的的现现象象，压压电电材材料料的的这这种种现现象象称称为为“电电致致伸伸缩缩效效应应”，也也叫叫做做“逆逆压压电电效效应应”。(施施加电场加电场 电介质产生变形电介质产生变形 应力应力)常见的压电材料有常见的压电材料有石英石英、钛酸钡钛酸钡、锆钛酸铅锆钛酸铅等。等。9.3.1.1 压电效应压电效应l某些单晶体或多晶体陶瓷电介质，当沿某些单晶体或多晶体陶瓷电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个对部就产生极化现象，同时在它的两个对应晶面上便产生符号相反的等量电荷，应晶面上便产生符号相反的等量电荷，当外力取消后，电荷也消失，又重新恢当外力取消后，电荷也消失，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应复不带电状态，这种现象称为压电效应 压电效应示意图 l压电材料的压电特性常用压电方程来描压电材料的压电特性常用压电方程来描述述:qi=dijj 或或Q=dijF 压电元件的坐标系表示法 l当晶体在任意受力状态下产生的表面电荷密度可由下列方程组决定：压电材料的压电特性可以用它的压电常数矩阵表示如下：9.3.1.2 压电材料压电材料l压电材料的主要特性参数有：压电材料的主要特性参数有：A压电常数：是衡量材料压电效应强弱的参数，影响压电输压电常数：是衡量材料压电效应强弱的参数，影响压电输出的灵敏度。出的灵敏度。B弹性常数：决定压电器件的固有频率和动态特性。弹性常数：决定压电器件的固有频率和动态特性。C介电常数：影响压电元件的固有电容，随之影响压电式传介电常数：影响压电元件的固有电容，随之影响压电式传感器的频率下限。感器的频率下限。D机电耦合系数：指压电效应中，转换后的输出能量与转换机电耦合系数：指压电效应中，转换后的输出能量与转换前的输入能量之比的平方根。机电耦合系数用于衡量压电材前的输入能量之比的平方根。机电耦合系数用于衡量压电材料在压电效应中的能量转换效率。料在压电效应中的能量转换效率。E电阻：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电阻：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。电传感器的低频特性。F居里点：当温度升高到一定程度后，材料的压电特性消失。居里点：当温度升高到一定程度后，材料的压电特性消失。压电材料开始失去压电特性的温度称为居里温度。压电材料开始失去压电特性的温度称为居里温度。1.石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应X轴：电轴或轴：电轴或1轴；轴；Y轴：机械轴或轴：机械轴或2轴；轴；Z轴：光轴或轴：光轴或3轴。轴。“纵向压电效应纵向压电效应”：沿电轴（：沿电轴（X轴）方向的力作用下产生电荷轴）方向的力作用下产生电荷“横向压电效应横向压电效应”：沿机械轴（：沿机械轴（Y轴）方向的力作用下产生电荷轴）方向的力作用下产生电荷在光轴（在光轴（Z轴）方向时则不产生压电效应。轴）方向时则不产生压电效应。上一页下一页返 回晶体切片 l当沿电轴方向加作用力当沿电轴方向加作用力Fx时，则在与电轴垂直的平面时，则在与电轴垂直的平面上产生电荷上产生电荷 d11压电系数（压电系数（C/N）作用力是沿着机械轴方向作用力是沿着机械轴方向电荷仍在与电荷仍在与X轴垂直的平面轴垂直的平面上一页下一页返 回此时，此时，切片上电荷的符号与受力方向的关系 图（图（a）是在）是在X轴方向受压力，轴方向受压力，图（图（b）是在）是在X轴方向受拉力，轴方向受拉力，图（图（c）是在）是在Y轴方向受压力，轴方向受压力，图（图（d）是在）是在Y轴方向受拉力。轴方向受拉力。上一页下一页返 回石英晶体的压电效应（a）正负电荷是互相平衡的，所以外部没有带电现象。）正负电荷是互相平衡的，所以外部没有带电现象。（b）在）在X轴方向压缩，表面轴方向压缩，表面A上呈现负电荷、上呈现负电荷、B表面呈现正电荷。表面呈现正电荷。（c）沿）沿Y轴方向压缩，在轴方向压缩，在A和和B表面上分别呈现正电荷和负电荷表面上分别呈现正电荷和负电荷 上一页下一页返 回石英晶体一种天然晶体，压电系数一种天然晶体，压电系数d112.311012C/N；莫莫氏氏硬硬度度为为7、熔熔点点为为1750、膨膨胀胀系系数数仅仅为为钢钢的的1/30。优点：优点：转转换换效效率率和和转转换换精精度度高高、线线性性范范围围宽宽、重重复复性性好好、固固有有频频率率高高、动动态态特特性性好好、工工作作温温度度高高达达550（压压电电系系数数不不随随温温度度而而改改变变）、工工作作湿湿度高达度高达100%、稳定性好。、稳定性好。上一页下一页返 回2.压电陶瓷的压电效应压电陶瓷的压电效应l人工制造的多晶体，压电机理与压电晶体不同。人工制造的多晶体，压电机理与压电晶体不同。压电陶瓷的压电效应压电陶瓷的压电效应 上一页下一页返 回压电陶瓷中的电畴(a)未极化；(b)正在极化；(c)极化后陶瓷片极化 压电陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图压电陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附的自由电荷示意图 自由电荷与陶瓷片内的束缚电荷符合相反而数值相等，自由电荷与陶瓷片内的束缚电荷符合相反而数值相等，它起着屏蔽和抵消陶瓷片内极化强度对外的作用，它起着屏蔽和抵消陶瓷片内极化强度对外的作用，因此陶瓷片对外不表现极性。因此陶瓷片对外不表现极性。上一页下一页返 回压电陶瓷的正压电效应 l压压电电陶陶瓷瓷片片上上加加上上一一个个与与极极化化反反向向平平行行的的外外力力，陶陶瓷瓷片片将将产产生生压压缩缩变变形形，原原来来吸吸附附在在极极板板上上的的自由电荷，一部分被释放而出现自由电荷，一部分被释放而出现放电现象放电现象。当当压压力力撤撤消消后后，陶陶瓷瓷片片恢恢复复原原状状，片片内内的的正正、负负电电荷荷之之间间的的距距离离变变大大，极极化化强强度度也也变变大大，因因此电极上又吸附部分自由电荷而出现此电极上又吸附部分自由电荷而出现充电现象充电现象。放电电荷的多少与外力的大小成比例关系放电电荷的多少与外力的大小成比例关系 上一页下一页返 回 Q 电荷量；电荷量；d33 压电陶瓷的压电系数；压电陶瓷的压电系数；F 作用力。作用力。（3）压电高分子材料l高分子材料属于有机分子半结晶或结晶高分子材料属于有机分子半结晶或结晶聚合物，其压电效应较复杂，不仅要考聚合物，其压电效应较复杂，不仅要考虑晶格中均匀的内应变对压电效应的贡虑晶格中均匀的内应变对压电效应的贡献，还要考虑高分子材料中作非均匀内献，还要考虑高分子材料中作非均匀内应变所产生的各种高次效应以及同整个应变所产生的各种高次效应以及同整个体系平均变形无关的电荷位移而表现出体系平均变形无关的电荷位移而表现出来的压电特性。来的压电特性。l聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯 （4）压电材料的选取l选用合适的压电材料是设计、制作高性能传感器的关选用合适的压电材料是设计、制作高性能传感器的关键。一般应考虑以下因素键。一般应考虑以下因素 A转换性能：具有较高的耦合系数或具有较大的压电系数；转换性能：具有较高的耦合系数或具有较大的压电系数；B机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度高、机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度高、机械刚度大，以获得宽的线性范围和高的固有振动频率；机械刚度大，以获得宽的线性范围和高的固有振动频率；C电性能：希望具有高的电阻率和大的介电常数，以减弱外电性能：希望具有高的电阻率和大的介电常数，以减弱外部分布电容的影响并获得良好的低频特征；部分布电容的影响并获得良好的低频特征；D温度、湿度稳定性好：要求具有较高的居里点，以获得宽温度、湿度稳定性好：要求具有较高的居里点，以获得宽的工作温度范围；的工作温度范围；E时间稳定性：压电特性不随时间褪化。时间稳定性：压电特性不随时间褪化。常见压电陶瓷：（1）钛酸钡（）钛酸钡（BaTiO3）压电陶瓷）压电陶瓷 具有较高的压电系数和介电常数，机械强度不如石英。具有较高的压电系数和介电常数，机械强度不如石英。（2）锆钛酸铅）锆钛酸铅Pb（ZrTi）O3系压电陶瓷（系压电陶瓷（PZT）压电系数较高，各项机电参数随温度、时间等外界条件的压电系数较高，各项机电参数随温度、时间等外界条件的 变化小，在锆钛酸铅的基方中添加一两种微量元素，可以变化小，在锆钛酸铅的基方中添加一两种微量元素，可以 获得不同性能的获得不同性能的PZT材料。材料。（3）铌镁酸铅）铌镁酸铅Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3压电陶瓷（压电陶瓷（PMN）具有较高的压电系数，在压力大至具有较高的压电系数，在压力大至700kg/cm2仍能继续工仍能继续工 作，可作为高温下的力传感器。作，可作为高温下的力传感器。上一页下一页返 回常用压电材料的性能参数 压电材料性能参数石 英钛酸钡锆钛酸铅(PZT系)PZT-4PZT-5PZT-8压电系数/(10-12CN-1)d11=2.31d14=0.73d15=260d31=-78d33=190d15=410d31=-100d33=230d15=670d31=-185d33=600d15=330d31=-90d33=200弹性系数/(109Nm-2)80110115117123相对介电常数4.51200105021001000机械品质因数105106600800801000体积电阻率/(m)1012101010101011居里点/0C573115310260300密度/(103kgm-3)2.655.57.457.57.45静抗拉强度/(105Nm-2)95100817676839.3.2 压电式传感器测量电路 l9.3.2.1 压电式传感器的等效电路压电式传感器的等效电路l9.3.2.2压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路l9.3.2.3 压电元件的连接压电元件的连接上一页下一页返 回9.3.2.1 压电式传感器的等效电路上一页下一页返 回压电式传感器的等效电路(a)等效为一个电荷源等效为一个电荷源Q与一个电容与一个电容Ca并联的电路并联的电路(b)等效成一个电源等效成一个电源U=Q/Ca 和一个电容和一个电容Ca的串联电路的串联电路 上一页下一页返 回两个压电片的联结方式（a）“并联并联”，Q=2Q，U=U，C=2C并联接法输出电荷大，本身电容大，时间常数大，并联接法输出电荷大，本身电容大，时间常数大，适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方，适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方，（b）“串联串联”Q=Q，U=2U，C=C/2而串联接法输出电压大，本身电容小。而串联接法输出电压大，本身电容小。适宜用于以电压作输出信号，且测量电路输入阻抗很高的地方。适宜用于以电压作输出信号，且测量电路输入阻抗很高的地方。上一页下一页返 回(a)电荷等效电路 (b)电压等效电路放大器输入端等效电路9.3.2.2压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路压压电电式式传传感感器器要要求求负负载载电电阻阻RL必必须须有有很很大大的的数数值，才能使测量误差小到一定数值以内。值，才能使测量误差小到一定数值以内。因因此此常常先先接接入入一一个个高高输输入入阻阻抗抗的的前前置置放放大大器器，然然后再接一般的放大电路及其它电路。后再接一般的放大电路及其它电路。测量电路关键在高阻抗的前置放大器。测量电路关键在高阻抗的前置放大器。前置放大器两个作用前置放大器两个作用:把压电式传感器的微弱信号放大；把压电式传感器的微弱信号放大；把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出。把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出。上一页下一页返 回放大器输入端等效电路Ca：传感器的电容：传感器的电容 Ra：传感器的漏电阻：传感器的漏电阻 Cc：连接电缆的等效电容：连接电缆的等效电容Ri：放大器的输入电阻：放大器的输入电阻Ci：放大器的输入电容：放大器的输入电容上一页下一页返 回电荷放大器电荷放大器压电式传感器另一种专用的前置放大器。压电式传感器另一种专用的前置放大器。能能将将高高内内阻阻的的电电荷荷源源转转换换为为低低内内阻阻的的电电压压源源，而而且且输输出出电电压压正正比比于于输输入入电电荷荷，因因此此，电电荷荷放放大大器器同同样样也也起起着着阻阻抗抗变变换换的的作作用用，其其输输入入阻阻抗抗高达高达10101012，输出阻抗小于，输出阻抗小于100。使使用用电电荷荷放放大大器器突突出出的的一一个个优优点点：在在一一定定条条件件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。上一页下一页返 回充电电压接近等于放大器的输出电压充电电压接近等于放大器的输出电压 几点结论：几点结论：1、电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关，、电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关，而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系，而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系，2、只要保持反馈电容的数值不变，就可得到与电荷量、只要保持反馈电容的数值不变，就可得到与电荷量Q变化成变化成 线形关系的输出电压。线形关系的输出电压。3、反馈电容、反馈电容Cf小，输出就大，小，输出就大，4、要达到一定的输出灵敏度要求，就必须选择适当的反馈电容。、要达到一定的输出灵敏度要求，就必须选择适当的反馈电容。5、输出电压与电缆电容无关条件：、输出电压与电缆电容无关条件：（1+K）Cf（Ca+Cc+Ci）上一页下一页返 回（1）电荷放大器l电荷放大器等效电路如图9.3.11(b)所示。它由一个反馈电容Cf和高增益运算放大器构成。反馈电容折合到放大器输入端的有效电容为：C/f=(1+K)Cf由于因此其输出电压为：当K1(通常K=104106)，满足(1+K)Cf10（Ca+Cc+Ci）时，就可将上式近似为：l由此可见，在电荷放大器中输入阻抗极高，输入端几乎没有分流，电荷Q只对反馈电容Cf充电，充电电压UCf(反馈电容两端的电压)接近于放大器的输出电压。电荷放大器的输出电压Uo与电缆电容Cc无关，而与Q成正比，这是电荷放大器的突出优点。由于Q与被测压力成线性关系，因此，输出电压力成线性关系。（2）电压放大器l电压放大器的原理及等效电路如图电压放大器的原理及等效电路如图9.3.11(c)、(d)表示。表示。如果压电元件受到沿着电轴的正弦力f=Fmsint的作用，则所产生的电荷为：Q=df=dFmsint 对应的电压为：等效电路中R，C并联的总阻抗为：R，C又与Ca串联，因此它们总的等效阻抗为：因此，送到放大器输入端的电压为：将上述式子代入并整理可得：于是可得放大器输入电压的幅值为：输入电压与作用力间的相位差为：代入式(9.3.27)可得放大器的输入电压幅值为：联立式(9.3.27)和式(9.3.29)可得：令则对应的相角为：电压幅值比和相角与频率比的关系曲线9.3.2.3 压电元件的连接压电元件的连接(a)同极性粘结 (b)不同极性粘结压电元件连接方式比较l并联法输出电荷大、本身电容大、时间并联法输出电荷大、本身电容大、时间常数大，适宜测量慢变信号且以电荷作常数大，适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。为输出量的场合。l串联法输出电压大、本身电容小，适宜串联法输出电压大、本身电容小，适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。很高的场合。传感器的低频响应范围 l如如果果被被测测物物理理量量是是缓缓慢慢变变化化的的动动态态量量，而而测测量量回回路路的的时时间间常常数数又又不不大大，则则造造成成传传感感器器灵灵敏敏度度下下降降。因因此此为为了了扩扩大大传传感器的低频响应范围，就必须尽量提高回路的时间常数。感器的低频响应范围，就必须尽量提高回路的时间常数。l但但这这不不能能靠靠增增加加测测量量回回路路的的电电容容量量来来提提高高时时间间常常数数，因因为为传传感感器器的的电电压压灵灵敏敏度度与与电电容容成成反反比比的的，切切实实可可行行的的办办法法是是提提高高测测量量回回路路的的电电阻阻。由由于于传传感感器器本本身身的的绝绝缘缘电电阻阻一一般般都都很很大大，所所以以测测量量回回路路的的电电阻阻主主要要取取决决于于前前置置放放大大器器的的输输入入电电阻阻。放放大大器器的的输输入入电电阻阻越越大大，测测量量回回路路的的时时间间常常数数就就越越大，传感器的低频响应也就越好。大，传感器的低频响应也就越好。上一页下一页返 回电压放大器应用限制l压压电电式式传传感感器器在在与与电电压压放放大大器器配配合合使使用用时时，连连接接电电缆缆不不能能太太长长。电电缆缆长长，电电缆缆电电容容Cc就就大大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。l电电压压放放大大器器与与电电荷荷放放大大器器相相比比，电电路路简简单单，元元件件少少，价价格格便便宜宜，工工作作可可靠靠，但但是是电电缆缆长长度度对对传传感感器器测测量量精精度度的的影影响响较较大大，在在一一定定程程度度上上限限制了压电式传感器在某些场合的应用。制了压电式传感器在某些场合的应用。上一页下一页返 回解决电缆问题的办法将放大器装入传感器中，组成一体化传感器。将放大器装入传感器中，组成一体化传感器。上一页下一页返 回压电式加速度传感器 9.3.3 压电式传感器的应用压电式传感器的应用l 压电式传感器应用最多的是测力，凡是能转压电式传感器应用最多的是测力，凡是能转换成力的机械量如位移、压力、冲击、振动换成力的机械量如位移、压力、冲击、振动加速度等，都可用相应的压电传感器测量。加速度等，都可用相应的压电传感器测量。尤其是对冲击、振动加速度的测量。尤其是对冲击、振动加速度的测量。9.3.3.1 9.3.3.1 压电式加速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器9.3.3.2 9.3.3.2 压电式力传感器压电式力传感器压电式力传感器压电式力传感器9.3.3.3 9.3.3.3 基于压电效应的超声波传感器基于压电效应的超声波传感器基于压电效应的超声波传感器基于压电效应的超声波传感器三种应用：三种应用：返 回9.3.3.1.压电式加速度传感器压压缩缩式式压压电电加加速速度度传传感感器器结结构构上一页下一页返 回测量原理当当传传感感器器感感受受振振动动时时，质质量量块块感感受受与与传传感感器器基基座座相相同同的的振振动动，并并受受到到与与加加速速度度方方向向相相反反的的惯惯性性力力的的作作用用。这这样样，质质量量块块就就有有一一正正比比于于加加速速度度的的交交变变力力作作用用在在压压电电片片上上。由由于于压压电电片片压压电电效效应应，两两个个表表面面上上就就产产生生交交变变电电荷荷，当当振振动动频频率率远远低低于于传传感感器器的的固固有有频频率率时时，传传感感器器的的输输出出电电荷荷（电电压压）与与作作用用力力成成正正比比，亦亦即即与与试试件的加速度成正比。件的加速度成正比。输输出出电电量量由由传传感感器器输输出出端端引引出出，输输入入到到前前置置放放大大器器后后就就可可以以用用普普通通的的测测量量仪仪器器测测出出试试件件的的加加速速度度，如如在在放放大大器器中中加加进进适适当当的的积积分分电电路路，就就可可以以测测出出试试件件的的振振动动速度或位移。速度或位移。上一页下一页返 回9.3.3.2 压电式力传感器压电式力传感器 压电元件是直接把力转换为电荷的传感器。压电元件是直接把力转换为电荷的传感器。l变形方式变形方式：利用纵向压电效应的：利用纵向压电效应的TE方式最简便。方式最简便。l材料选择材料选择：决定于所测力的量值大小，对测量误差提：决定于所测力的量值大小，对测量误差提 出的要求、工作环境温度等各种因素。出的要求、工作环境温度等各种因素。l晶片数目晶片数目：通常是使用机械串联而电气并联的两片。：通常是使用机械串联而电气并联的两片。晶片电气并联两片，可以使传感器的电荷晶片电气并联两片，可以使传感器的电荷 输出灵敏度增大一倍。输出灵敏度增大一倍。上一页下一页返 回单向压电式测力传感器 l用于机床动态切削力的测量。用于机床动态切削力的测量。上一页下一页返 回传感器性能指标 测力范围0500g最小分辨率0.1g绝缘阻抗21014固有频率约5060kHz非线形误差1%重复性误差1%电荷灵敏度3844pC/kg重量10g9.3.3.3基于压电效应的超声波传感器基于压电效应的超声波传感器压电式传感器探头结构图 超声波测厚工作原理图影响压电式传感器工作的主要因素影响压电式传感器工作的主要因素（1 1）横向灵敏度）横向灵敏度（2 2）环境温度和湿度）环境温度和湿度（3 3）安装差异及基座应变）安装差异及基座应变（4 4）噪声）噪声（1）横向灵敏度）横向灵敏度l横向灵敏度是衡量横向干扰效应的指标。一只理想的横向灵敏度是衡量横向干扰效应的指标。一只理想的单轴压电传感器，应该仅敏感其轴向的作用力，而对单轴压电传感器，应该仅敏感其轴向的作用力，而对横向作用力不敏感。如对于压缩式压电传感器，就要横向作用力不敏感。如对于压缩式压电传感器，就要求压电元件的敏感轴求压电元件的敏感轴(电电 极向极向)与传感器轴线与传感器轴线(受力向受力向)完完全一致。但实际的压电传感器由于压电切片、极化方全一致。但实际的压电传感器由于压电切片、极化方向的偏差，压电片各作用面的粗糙度或各作用面的不向的偏差，压电片各作用面的粗糙度或各作用面的不平行，以及装配、安装不精确等种种原因，都会造成平行，以及装配、安装不精确等种种原因，都会造成压电传感器电轴方向与力轴方向不重合。压电传感器电轴方向与力轴方向不重合。l产生横向灵敏度的必要条件：一是伴随轴向作用力的产生横向灵敏度的必要条件：一是伴随轴向作用力的同时，存在横向力；二是压电元件本身具有横向压电同时，存在横向力；二是压电元件本身具有横向压电效应。因此，消除横向灵敏度的技术途径也相应有二：效应。因此，消除横向灵敏度的技术途径也相应有二：一是从设计、工艺和使用诸方面确保力与电轴的一致；一是从设计、工艺和使用诸方面确保力与电轴的一致；二是尽量采用剪切型力电转换方式。一只较好的压二是尽量采用剪切型力电转换方式。一只较好的压电传感器，最大横向灵敏度不大于电传感器，最大横向灵敏度不大于5。返 回（2）环境温度和湿度）环境温度和湿度l环境温度对压电传感器工作性能的影响主要通过三个环境温度对压电传感器工作性能的影响主要通过三个因素：因素：压电材料的特性参数；压电材料的特性参数；某些压电材料的热某些压电材料的热释电效应；释电效应；传感器结构。传感器结构。l环境温度变化将使压电材料的压电常数环境温度变化将使压电材料的压电常数d、介电常数、介电常数、电阻率、电阻率和弹性系数和弹性系数k等机电特性参数发生变化。等机电特性参数发生变化。d和和k的变化将影响传感器的输出灵敏度；的变化将影响传感器的输出灵敏度；和和的变化会的变化会导致时间常数导致时间常数=RC的变化，从而使传感器的低频响应的变化，从而使传感器的低频响应变坏。变坏。l在必须考虑温度在必须考虑温度尤其是高温对传感器低频特性影尤其是高温对传感器低频特性影响的情况下，采用电荷放大器将会得到满意的低频响响的情况下，采用电荷放大器将会得到满意的低频响应。应。l环境湿度主要影响压电元件的绝缘电阻，使其明显下环境湿度主要影响压电元件的绝缘电阻，使其明显下降，造成传感器低频响应变坏。因此在高湿度环境中降，造成传感器低频响应变坏。因此在高湿度环境中工作的压电传感器，必须选用高绝缘材料，并采取防工作的压电传感器，必须选用高绝缘材料，并采取防潮密封措施。潮密封措施。返 回（3）安装差异及基座应变）安装差异及基座应变l在应用中，压电传感器总是要通过一定的方式紧密安在应用中，压电传感器总是要通过一定的方式紧密安装在被测试件上进行接触测量。由于传感器和试件都装在被测试件上进行接触测量。由于传感器和试件都是质量是质量弹簧系统，通过安装连接后，两者将相互弹簧系统，通过安装连接后，两者将相互影响原来固有的机械特性影响原来固有的机械特性(固有频率固有频率)。安装方式的不。安装方式的不同，安装质量的差异，对传感器频响特性影响很大。同，安装质量的差异，对传感器频响特性影响很大。因此在应用中：因此在应用中：l第第 一，要保证传感器的敏感轴向与受力向的一致性不一，要保证传感器的敏感轴向与受力向的一致性不因安装而遭到破坏，以避免横向灵敏度的产生。因安装而遭到破坏，以避免横向灵敏度的产生。l第二第二，应根据承载能力和频响特性所要求的安装谐振，应根据承载能力和频响特性所要求的安装谐振频率，选择合适的安装方式。频率，选择合适的安装方式。l第三，只有当传感器质量远小于试件质量，试件对传第三，只有当传感器质量远小于试件质量，试件对传感器的耦合影响，或传感器对试件的负载影响可减至感器的耦合影响，或传感器对试件的负载影响可减至最小。因此，对刚度、质量和接触面小的试件，只能最小。因此，对刚度、质量和接触面小的试件，只能用微小型压电传感器测量。用微小型压电传感器测量。返 回（4）噪声）噪声压电元件是高阻抗、小功率元件，及易压电元件是高阻抗、小功率元件，及易受外界机、电振动引起的噪声干扰，主受外界机、电振动引起的噪声干扰，主要有声场、电源和接地回路噪声等要有声场、电源和接地回路噪声等 返 回