什麼是壓電傳感器及其工作原理

壓電傳感器是一種可以將一種形式的能量轉換為另一種形式的能量的設備，傳感器分為許多類型，其中一些是電的、磁的和壓電的。

什麼是壓電效應？
在壓電材料中，如果我們施加機械力，它可以改變材料的尺寸。因此，在晶體的某些表面上會出現電位，這種電位是由電荷位移產生的，此效應稱為壓電效應。

什麼是壓電傳感器及其工作原理？
壓電傳感器是由一種特殊的材料製成的，它是由壓電材料製成的。這種材料的特殊之處在於，如果材料受到壓力，它會產生 EMF，可以測量該 EMF 以找出施加的壓力，表現出壓電特性的元件稱為電阻元件。壓電材料分為天然和合成兩類。天然壓電材料由石英和羅謝爾鹽組成，而合成壓電材料由硫酸鋰和乙二胺酒石酸組成。這種傳感器的工作原理可以解釋為當對石英晶體施加力時，晶體表面會產生電荷，由此產生的電荷可以稱為壓電性，產生的電荷將與施加的壓力成比例。

壓電傳感器的原理
根據壓電材料的切割方式，可以區分三種主要的操作模式，分別是：橫向、縱向和剪切。

橫向效應
當沿中性軸“y”施加力時，它會沿垂直於力線的“x”方向產生電荷，電荷取決於壓電元件的幾何尺寸。

縱向效應
產生的電荷量與施加的力成正比，並且與壓電元件的尺寸和形狀無關。

剪切效應
產生的電荷與施加的力成正比，並且與元件的尺寸和形狀無關。


壓電傳感器在哪裡使用？
壓電傳感器的工作原理是壓電效應，因此它可以測量加速度、壓力、溫度等的變化。測量是通過將其轉換為電荷來完成的。壓電壓力傳感器測量動態壓力，它們不適合靜態壓力測量。壓電傳感器是一種有源傳感器，它不需要外部電源的幫助，因為它是自發電的。

壓電傳感器用什麼材料？
用於測量過程的材料必須具有穩定性、高輸出、對極端溫度和濕度不敏感等特性，並且必須具有成型或加工成任何形狀的能力。石英因其穩定性而主要用作壓電材料。這種材料主要成型為矩形或方形板，並將被固定在兩個電極之間。晶體連接到適當的電子電路以獲得適當的輸出。

如何對壓電傳感器進行分類？
壓電傳感器根據工作頻率可分為聲波、超聲波和兆聲波傳感器。在所有此類中，傳感器的設計和功能差異很大，聲波傳感器在低於 20 Khz 的可聽頻率範圍內工作，聲波傳感器的例子是蜂鳴器和單壓電晶片傳感器。超聲波傳感器通常工作在 20-200 kHz 的頻率範圍內，兆聲波傳感器工作在 Mhz 的頻率範圍內。

壓電傳感器的優點 

• 這些傳感器具有高頻響應，因此可以測量高速變化的參數
• 它具有高暫態響應，這意味著它可以在微秒內檢測到事件並且還可以提供線性輸出
• 可藉助電子電路測量高輸出
• 它們體積小，結構堅固

壓電傳感器的缺點 

• 壓電傳感器的輸出非常低，因此必須連接外部電子電路
• 壓電傳感器具有高阻抗，因此它們必須連接到放大器和輔助電路
• 很難塑造具有足夠強度的晶體

壓電傳感器的應用

• 它被用作加速度計，因為它具有出色的頻率響應時間
• 可以用電壓來測量力、壓力和位移
• 它被設計用作預拉伸螺栓，以便可以進行拉伸和壓縮力測量
• 它可用於軍事領域的測深儀、聲納和水聽器
• 在醫學領域用於超音波
• 它對於動態測量非常有用
• 用於汽車行業，可用於安全氣囊傳感器、氣流傳感器和爆震傳感器

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