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壓電加速度計原理圖；左：壓縮型；右：三晶剪切型（Brüel&；克雅爾）。
在這兩種情況下，主軸都在垂直方向上，其中靈敏度有一個最大值。理想情況下，正交方向上的靈敏度為零。商業(yè)傳感器在垂直于主軸的方向上具有非零靈敏度，這是由于結(jié)構(gòu)公差（沒有很好地對準晶體）或晶體本身的交叉靈敏度造成的。晶體類型和取向的選擇應確保d的最大值與主軸一致，其他所有方向為零。例如，當剪切類型中的d15負責最大輸出（在1方向上）時，d12和d13的值應為零，因為這些垂直于晶體的力可能不會在該方向上產(chǎn)生電輸出。商用加速度計的交叉靈敏度僅為主要靈敏度的百分之幾。
當必須測量力或加速度矢量的兩個或所有三個分量時，應使用多軸傳感器。早期的三軸版本通常由三個獨立的傳感器組成，垂直安裝在一個外殼中，如圖8.7所示。這種傳感器的最小尺寸與模具相當，重量低至20 g，靈敏度約為10 mV/g，其中g(shù)是重力加速度，單位為m/s2。最近，MEMS三軸加速度計充斥市場，主要用于消費品（如相機和游戲）。它們也可與集成接口電路一起使用。典型靈敏度為10–100 mV/g，重量為10–50 g。
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圖8.7。三軸壓電加速度計由三個獨立的單軸傳感器組成。
8.2.2加速計特性
壓電加速度計的頻帶受晶體分流電阻限制在頻譜的低端（第8.2.1節(jié)）。在頻譜的上側(cè)，它受到共振頻率的限制。圖8.8顯示了標準型壓電加速度計的有效頻率范圍。這里是(ω) 是靈敏度，即施加的加速度和電輸出之間的比率，Snom是標稱靈敏度。
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圖8.8。壓電加速度計的典型頻率特性。
壓電加速度計由底板、地震質(zhì)量塊和（預加載的）晶體組成。彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的機械特性遵循運動方程：
(8.29)
其中m是地震質(zhì)量，α 阻尼常數(shù)和彈簧常數(shù)（地震質(zhì)量和基底之間）。系統(tǒng)的固有頻率（即α=0）等于：
(8.30)
壓電加速度計的阻尼常數(shù)通常很��；在這種情況下（阻尼）共振頻率ω圖8.8中的res接近ωo。高共振頻率需要小質(zhì)量m和大剛度k。質(zhì)量決定了標稱頻率范圍內(nèi)的靈敏度，并根據(jù)應用進行選擇。商用加速度計的共振頻率范圍為1至250千赫：尺寸越小，共振頻率越高。
存在許多不同類型的壓電傳感器，用于各種應用。最小的商用加速度計的重量為0.2克，諧振頻率為50千赫。
表8.3列出了幾組加速計的主要性能，表8.4顯示了一些最大額定值。
表8.3。各種加速度計規(guī)格
應用范圍（FS）靈敏度（mV/g）分辨率（g）頻率范圍（Hz）
總則±10至±500 10–100 0.001 1–104
健壯的±50 100 10−3 1–1000
地震±5 0.05 10−4 1–3000
彈道的±105 1000 1 1–8000
大多數(shù)類型的溫度范圍為−70° 至+120°C。
表8.4。壓電傳感器的最大額定值
類型范圍（FS）靈敏度Tmax(°（三）
加速度103–106 m/s2 0.1–50 pC/ms−2 500
力102–106 N 2–4 pC/N 300
壓力107–108 Pa 20–800 pC/MPa 200
應用壓電傳感器時，應考慮以下幾點：
•
材料特性取決于電負載（打開或關(guān)閉的電氣端子）；因此所有傳感器特性（靈敏度、共振頻率ωa） 也取決于負載。
•
當將傳感器安裝在物體上時，物體受到機械加載，導致加速度和共振頻率發(fā)生變化ω答。
當M是物體的質(zhì)量，M是加速度計的質(zhì)量時，加速度降低了1倍+M/M，共振頻率降低了1倍√(1+m/m），根據(jù)公式（8.30）：
(8.31)
其中下標o和L分別表示空載和負載情況。這些方程式允許在應用加速計時快速評估負載效應。
陶瓷
師羽陶瓷
Shigeyuki公司ō《物理科學與技術(shù)百科全書》（第三版），2003年
I.E.2.f壓電傳感器
壓電傳感器分為兩類。一種是由超聲產(chǎn)生部分和超聲接收（檢測）部分組成。另一種只有檢測部分，直接利用壓電效應。用于汽車、氣體流量計、醫(yī)療設備等聲納系統(tǒng)的超聲波傳感器屬于超聲波傳感器。壓電陀螺儀也屬于這種傳感器。它是用于汽車導航系統(tǒng)的角速度傳感器和攝像機的振動補償系統(tǒng)。它具有一個波產(chǎn)生部分和一個波接收部分。在這種情況下，產(chǎn)生的超聲波在陀螺儀元件本身中傳播，并且檢測部分通過旋轉(zhuǎn)的科里奧利力來檢測修正波。人們提出了各種壓電陀螺結(jié)構(gòu)。這些示例如圖28所示。
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圖28。壓電陀螺儀結(jié)構(gòu)。
壓電傳感器通常被稱為壓電式傳感器，它僅由一個檢測部分組成。它直接利用壓電（右）效應。這種類型的典型傳感器是汽車發(fā)動機的爆震傳感器和沖擊傳感器。圖29顯示了新開發(fā)的用于硬盤驅(qū)動器的壓電沖擊傳感器。
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圖29。壓電沖擊傳感器。
加速度、沖擊和振動傳感器
Craig Aszkler，《傳感器技術(shù)手冊》，2005年
IEPE加速計
IEPE傳感器包含內(nèi)置的信號調(diào)節(jié)電子設備，其功能是將壓電傳感元件產(chǎn)生的高阻抗電荷信號轉(zhuǎn)換為可用的低阻抗電壓信號，該信號可以通過普通的雙線或同軸電纜輕松傳輸?shù)饺魏坞妷鹤x數(shù)或記錄設備。低阻抗信號可以通過長距離的電纜傳輸，并在骯臟的現(xiàn)場或工廠環(huán)境中使用，幾乎沒有退化。除了提供關(guān)鍵的阻抗轉(zhuǎn)換，IEPE傳感器電路還可以包括其他信號調(diào)節(jié)功能，如增益、濾波和自檢功能。IEPE加速度計系統(tǒng)使用簡單、精度高、頻率范圍寬、成本低，是大多數(shù)振動或沖擊應用的推薦類型。但是，如果安裝點的溫度超過內(nèi)置電路的能力，則必須對此斷言提出例外。IEPE加速計的常規(guī)溫度上限為250℃°F（121）°C） ；然而，專業(yè)單位可操作到350°F（175）°C） 是的。
IEPE是一個通用的行業(yè)術(shù)語，用于描述內(nèi)置電子設備的傳感器。許多加速計制造商使用自己的注冊商標或商號來表示內(nèi)置電子元件的傳感器。這些名稱的示例包括：ICP® (PCB壓電電子學），德爾泰�。˙ruel&Kjaer），壓電管（Kistler Instruments）和Isotron（Endevco）等等。
IEPE加速計中的電子元件需要來自恒定電流直流電壓源的激勵電源。該電源有時內(nèi)置于振動計、FFT分析儀和振動數(shù)據(jù)采集器中。如果讀數(shù)中沒有內(nèi)置信號調(diào)節(jié)器，則需要單獨的信號調(diào)節(jié)器。除了提供所需的激勵外，電源還可以包括額外的信號調(diào)節(jié)，例如增益、濾波、緩沖和過載指示。IEPE加速計的典型系統(tǒng)設置如圖5.2.3所示。
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圖5.2.3。典型的IEPE系統(tǒng)。
傳感器和致動器用復合材料
C�！恫牧习倏迫珪嚎茖W與技術(shù)》，2001年
2.3壓電材料
壓電傳感器保持較�。ㄖ睆綆缀撩�，厚度小于1毫米）。例如“智能層由具有分布式壓電陶瓷元件的嵌入式網(wǎng)絡的介電薄膜制成，采用類似于電路印刷技術(shù)的工藝制造。該層既可以集成到預浸料復合材料中，也可以粘合到其表面而不影響復合材料的強度。
使用壓電元件作為致動器（圖2（a））需要尺寸相對較大的元件，例如10 mm×4毫米×0.1毫米。必須在預浸料材料中制備特殊切口，以便集成此類驅(qū)動裝置。在選擇合適的粘接技術(shù)時需要相當小心，以避免對復合材料產(chǎn)生任何不利影響。在壓電元件上施加壓縮預應力有助于提高壓電元件的性能。在集成壓電元件時，還需要小心，以限制t產(chǎn)生的熱量的影響 |
