压电晶体传感器阅读：42

　　1.频响极宽：从极低频（配合电荷放大）到极高频率（MHz级）。

　　2.刚度高：自身刚度大，对被测系统的负载效应小（“硬”接触）。

　　3.尺寸小、重量轻：易于安装在小型或高速旋转部件上。

　　4.无需外部激励：自发电原理，本质上是被动传感器。

　　5.坚固耐用：无活动部件，耐冲击、耐震动。

　　1.不能测静态量：无法测量恒定的力、压力或位移（电荷会泄漏）。

　　2.输出阻抗高：原始信号微弱，易受电磁干扰，通常需要专用前置放大器。

　　3.温度敏感性：大多数压电材料在高温下灵敏度会下降，且存在居里温度限制。

　　4.基座应变敏感：安装不当（如螺栓松动）会产生虚假信号。

　　1.电缆选择：对于电荷输出型，必须使用低噪声、低电容的特制同轴电缆（如硅胶线），普通电源线会导致信号衰减严重。

　　2.接地与屏蔽：必须良好接地，避免地环路干扰。

　　3.安装力矩：安装扭矩要适中且一致，过大的预紧力可能导致零点漂移或改变频率响应。

　　4.防潮防水：虽然有些封装防水，但连接头处必须密封，防止湿气导致绝缘下降（漏电）。

　　5.校准：定期使用标准激振器或标准砝码进行校准，特别是长期使用的传感器。

　　1.灵敏度

　　电荷灵敏度：单位是pC/N(皮库仑/牛顿)或pC/g。表示单位力产生的电荷量。

　　电压灵敏度：单位是mV/N或mV/g。取决于传感器的电容和后续电路的阻抗。

　　注意：陶瓷材料（PZT）的灵敏度通常比石英高几十倍。

　　2.频率响应

　　下限频率：受限于传感器的时间常数（R?C）。为了测量低频信号，需要极高的输入阻抗放大器（电荷放大器）。

　　上限频率：由压电元件的固有共振频率决定。

　　一般加速度计：0.5 Hz~10 kHz(甚至更高)。

　　高频冲击传感器：可达100 kHz以上。

　　3.量程

　　根据结构不同，可从几毫牛(mN)到数千千牛(kN)。

　　过载能力较强，但超过弹性极限会导致永久损坏或压电性能失效。

　　4.工作温度

　　石英：-200℃~+600℃（甚至更高），适合极端环境。

　　PZT陶瓷：通常-40℃~+150℃（高温型可达300℃+，但灵敏度会随温度升高而下降，且存在居里温度限制）。

　　5.输出形式

　　电荷输出：直接输出电荷信号，需配合电荷放大器使用。抗干扰能力强，适合长距离传输。

　　电压输出：内置集成电路（ICP/IEPE），将电荷转换为低阻抗电压信号（通常4-20mA供电，输出直流偏置电压）。目前工业界最主流的形式，接线简单，兼容性强。

　　1.正压电效应：当对压电材料施加机械力（压力、拉力、剪切力）时，其表面会产生电荷，电荷量与外力成正比。这是传感器工作的基础。

　　公式：Q=d?F（Q为电荷，d为压电常数，F为外力）

　　2.逆压电效应：当在压电材料上施加电场时，材料会发生机械变形。这一特性常用于超声波发生器、精密定位器（虽然传感器主要利用正效应，但了解逆效应有利于理解材料特性）。

　　1.振动与加速度测量

　　设备状态监测：电机、风机、泵、齿轮箱的振动分析（故障诊断）。

　　结构健康监测：桥梁、建筑、飞机机翼的模态分析和疲劳测试。

　　汽车安全：安全气囊碰撞传感器（检测瞬间冲击加速度）。

　　2.动态压力测量

　　燃烧室压力：发动机气缸内的爆炸压力波形。

　　流体动力学：风洞实验中的脉动压力、水锤效应。

　　爆炸与冲击波：弹道测试、爆破工程。

　　3.声学测量

　　麦克风：电容式麦克风的振膜后常贴有压电片，或直接使用压电陶瓷。

　　超声探伤：工业无损检测（NDT）、医疗B超探头。

　　水听器：水下声呐探测。

　　4.力与称重

　　高速冲击力：如冲床、注塑机的瞬时压力监测。

　　电子秤：部分高精度天平利用石英晶体的压电特性进行微小质量变化检测。