壓電陶瓷傳感器工作原理正壓電效應(yīng)和輸出信號
壓電陶瓷傳感器利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械-電信號轉(zhuǎn)換，適用于動(dòng)態(tài)力、振動(dòng)、超聲波等測量，但需注意溫度影響和信號調(diào)理。包括正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能?電能的相互轉(zhuǎn)換。在需要高靈敏度、寬頻響或低成本的場景中，它比石英傳感器更具優(yōu)勢。
1、壓電效應(yīng)的基本原理
(1)正壓電效應(yīng)（機(jī)械能→電能）
當(dāng)壓電陶瓷受到外力（壓力、振動(dòng)、沖擊）時(shí)，內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，導(dǎo)致正負(fù)電荷中心偏移，在電極表面產(chǎn)生極化電荷（電壓信號）。
(2)逆壓電效應(yīng)（電能→機(jī)械能）
當(dāng)在壓電陶瓷兩端施加電壓時(shí)，內(nèi)部電場導(dǎo)致晶格變形，產(chǎn)生機(jī)械位移或振動(dòng)。
應(yīng)用：超聲波換能器、精密定位（如壓電馬達(dá)）。
2、壓電陶瓷的極化處理
壓電陶瓷（如PZT，鋯鈦酸鉛）本身是多晶體，未經(jīng)極化時(shí)不具有壓電性。其壓電性能通過高壓直流極化獲得：
（1）高溫極化：在居里溫度（如PZT約200°C）附近施加強(qiáng)電場（1~3 kV/mm）。
（2）疇取向排列：電疇（自發(fā)極化區(qū)域）沿電場方向定向排列，形成宏觀壓電性。
（3）冷卻固化：保持電場直至冷卻，使電疇固定排列。
極化方向決定了壓電陶瓷的敏感方向（如d??模式：沿極化方向受力）。
3、壓電陶瓷傳感器的典型結(jié)構(gòu)
常見結(jié)構(gòu)包括：
（1）單層/多層堆疊：提高靈敏度（如壓電加速度計(jì)）。
（2）懸臂梁結(jié)構(gòu)：用于振動(dòng)或觸覺傳感。
（3）圓片/環(huán)形結(jié)構(gòu)：用于超聲波發(fā)射或壓力檢測。
（4）電極材料：通常為銀漿或?yàn)R射金屬（如Au、Ag）。
4、信號測量方式
由于壓電陶瓷輸出的是高阻抗電荷信號，需配合測量電路：
