作为加速度检测元件的加速度传感器有多种形式，它们的工作原理都是利用惯性质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种物理效应，进一步转化成电量，间接度量被测加速度。最常用的有应变式、压电式、电磁感应式等。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    应变式传感器加速度测试原理是通过测试惯性力引起弹性敏感元件的变形换算出力的关系，相关原理在后续内容中介绍。电磁感应式传感器是借助弹性元件在惯性力的作用下，变形位移引起气隙的变化导致的电磁特性。压电式传感器是利用某些材料在受力变形的状态下产生电的特性的原理，下面重点介绍压电式传感器原理及使用方法。

    1、压电效应及压电材料

    当某些材料沿某一方向施加压力或拉力时，会产生变形，并在材料的某一相对表面产生符号相反的电荷；当去掉外力后，它又重新回到不带电的状态。这种现象被称为压电效应。具有压电效应的材料叫压电材料。另外，当给压电材料的某一方向施加电场，压电材料会产生相应的变形，这是压电材料的逆压电效应。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    常见的压电材料有单晶体结构的石英晶体和多晶体结构的人造压电陶瓷（如钛酸钡和锆钛酸铅等）。压电材料的压电效应具有方向性，特别是石英晶体（SiO2）的分子及原子排列结构使得石英晶体的压电方向是天然确定的。图1表示晶体切片在z轴和y轴方向受压力和拉力时电荷产生方向的情况。

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图1　晶体的压电原理

    实际上，压电材料的压电特性只和变形有关，施加的外力是产生变形的手段。石英晶体产生压电效应的方向只有x轴方向，其它方向都不会产生电荷。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    2、压电传感器结构及特性 本文来自www.eadianqi.com

    压电传感器是以电荷或两极间的电势作为输出信号。当测试静态信号时，由于任何阻抗的电路都会产生电荷泄露，因此测量电势的方法误差很大，只能采用测量电荷的方法。当给压电传感器施加交变的外力，传感器就会输出交变的电势，信号处理电路相对简单，因此压电式传感器适合测试动态信号，且频率越高越好。

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    压电传感器结构一般由两片或多片压电晶体粘合而成，由于压电晶片有电荷极性，因此接法上分成并联和串联两种（如图2）。并联接法虽然输出电荷大，但由于本身电容也大，故时间常数大，可以测量较慢变化的信号，并以电荷作为输出参数测量。串联接法输出电压高，本身电容小，适应以电压输出的信号和测量电路输出阻抗很高的情况。 本文来自www.eadianqi.com

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图2　压电传感器的并联、串联示意图 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

（a）并联　　　　　（b）串联 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    由于压电传感器的信号较弱，且是电荷的表现形式，因此测量电路必须进行信号放大。当采用测量电势的方法时，测量电路要配置高阻抗的前置电压放大器和一般放大器，高阻抗的前置电压放大器的作用是减缓电流的泄露速度；一般放大器是为了将高阻抗输出变为低阻抗输出。当采用电荷测试方法时，测量电路采用的是电荷放大的原理。目前，压电传感器应用相当普遍，且生产厂家都专门配备有传感器处理电路。

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