压电传感器(Pizeo-Electric Sensor) 是利用压电材料制成的传感器,是一种自发电式传感器。压电效应是指当压电材料受到外力作用时,材料表面出现电荷的现象。依据压电材料特性的不同,可产生正压电效应或逆压电效应。
压电材料种类很多,石英晶体和压电陶瓷是工业界用得较多的压电材料。右旋石英晶体结构如图 2-112 所示,垂直于X轴的棱面上产生的压电效应最强,故称X轴为电轴;在外加电场情况下,垂直于六边形对边的y轴方向上产生的机械形变最大,故称y轴为机械轴;而Z轴方向上不会产生任何压电效应,称Z轴为中性轴。
压电方程表示压电体中电场强度、应力、电位移和应变张量之间的关系。当压电组件在某一方向受到一定的外力 F作用时,在其相应的表面产生的电荷Q为Q= F • d式中,d 为压电常数。
压电传感器被广泛应用于汽车发动机、煤气炉自动点火装置、压电扬声器和很多种超声波发生器中。重力传感器是当前智能手机内部的一个重要部件。重力传感器将一块重物与压电片黏合在一起,利用两个方向产生的电压的大小,计算水平方向。重力传感器可用来帮助手机自动切换横屏或直屏。在一些平衡球、赛车等游戏装置中,重力传感器被用于实现交互控制。
压电传感器的主要缺点是输出阻抗高,需要使用低电容低噪声的电缆,并且无静态输出。由于压电式传感器工作可靠、灵敏度高、信噪比高,并且具有自发电和可逆等特点,使得其市场应用规模不断扩大。