图1压电式压力传感器结构示意图

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压电传感器（piezoelectrictypetransducer）基于压电效应的传感器。它是一种自发电机电转换传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后，表面产生电荷，电荷被电荷放大器和测量电路放大和转换，成为与外力成比例的电输出。压电传感器用于测量非电物理量的力和可以转化为力的量，如压力、加速度等。它具有频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。与其配套的仪表和低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更方便。它广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体在固定方向上受到外力时，晶体内部发生极化现象，同时在两个表面上产生符号相反的电荷；当外力被移除时，晶体恢复到无电状态，当外力的作用方向改变时，电荷的极性也会改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。常见的压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应指的是由于对晶体施加交变电场而导致晶体机械变形的现象，也称为电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可以用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式（见图2）。压电晶体是各向异性的，并非所有的晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如，石英晶体没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。

图2压电元件的受力状态和变形方式

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（a）厚度变形（b）长度变形（c）面剪切变形

（d）厚度剪切变形（e）体积变形

压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。最常用的压电传感器是属于压电多晶的各种类型的压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。压电陶瓷具有烧制方便、成型容易、防潮性佳、耐高温等优点。缺点是它有热释电性，会对力学量测量造成干扰。有机压电材料包括聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十多种高分子材料。有机压电材料可批量生产并且其产品面积可以做的比较大，具有与空气声阻匹配的独特优势，是一种具有巨大发展潜力的新型电声材料。60年代以来发现了同时具有半导体特性和压电特性的晶体，如硫化锌、氧化锌、硫化钙等。利用这种材料可以制成集敏感元件和电子线路于一体的新型压电传感器，很有发展前景。

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