压电石英传感器 压电传感器小信号测试难点

压电传感器小信号测试难点

传感器是现代生活中最重要的电子器件之一，被誉为现代智能化的神经触角，是万物互联时代的重要组成部分。传感器主要由敏感元件、转换元件和变换电路组成，它能将感知到的信息，按一定规律转换为电信号，以满足信息的传输、处理、储存、显示和记录分析等作用。

从陆地上的汽车，到天空中的飞机；从近在身边的手机，到远在宇宙的火箭飞船，传感器都是他们身上重要的一部分，如同人类的五官。

压电传感器是最常见的传感器之一，其工作原理是基于压电材料的压电效应，当压电材料受力作用而变形时，其表面会产生电荷，机械能转换为电能，从而实现非电量的测量。

常见的压电材料有石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等，应用于压电式传感器中的压电元件材料一般分为三类：压电晶体、压电陶瓷、新型压电材料。他们都有良好的灵敏度、转换效率、机械性能好、工作温度范围宽和工作寿命长等特点。

由于压电传感器的特性，它多用于挠性运动、触摸、振动和冲击测量。可用在医疗、航天航空、消费电子和汽车等多个领域。随着工业自动化和智能制造的推进，对精确测量和控制的需求增加，压电传感器在工业领域的应用也将继续扩大。

压电传感器的测试难点

由于压电传感器的工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为压电元件只有在交变力的作用下，电荷才能源源不断地产生，才可以给测量回路一定的电流，所以它只适用于动态测量。

并且压电传感器输出信号很小，想要对其输出信号进行精准测量，一般需要接入放大器来放大微弱的输出信号，但这同时也可能会放大和引入一些链路中的噪声，不利于对真正的信号做测量。

针对以上的情况，如果用源表对压电传感器的输出信号进行测量，可能会采样率不够高，很难观测到压电传感器实际的信号变化状态，无法满足动态测试条件。所以需要考虑使用示波器来对压电传感器进行测试，由于压电传感器输出信号微弱，这就要求示波器底噪非常小，否则可能会掩盖住它的输出信号，从而失去测试的意义。

传感器测试方案

泰克的MSO6B系列示波器的底噪性能非常优异，底噪的有效值在20MHZ带宽下低至8.68uV，1G带宽下低至51.5uV，是测量传感器输出微小信号的最佳选择！

除此之外，泰克的MSO6B系列示波器还具有高分辨率12位ADC（高分辨率模式能到16位）和高采样率的特点，帮助发现最初的真实信号，不遗漏任何一点细节。

实测案例

下面我们看一个实测案例，来见证一下，泰克MSO6B系列示波器在传感器领域的表现。

（MSO6B系列的测试结果）

上图为泰克MSO6B系列对压电传感器的测试结果，该正弦波的峰峰值，会随着对压电传感器所施加力的振荡频率升高，从而压电传感器输出信号也逐渐增大，该压电传感器对实验的最小振荡频率的输出信号只有3-4mv，最大实验振荡频率的输出信号有73-74mv左右。

如果示波器底噪很大的话，可以看到是下图的测试情况，首先我们会看到很粗的一条波形，上面布满了仪器的底噪，对于前面的测试项目，我们所得到的值，均变成了~30mv和~85mv，比MSO6B低噪声示波器测试数值远远大了很多，并且波形并不干净，最终影响我们对真实信号的测量和分析。

（底噪较大示波器的测试结果）

前所未有的低噪声测量体验

如果您手上现在也有传感器想要做测试分析，奈何实验室设备条件不足，无法还原最真实的信息，或者您想验证当前实验室测试设备是否良好，快来联系泰克，预约泰克开放实验室，或者预约工程师上门演示，体验MSO6B带给你前所未有的低噪声测量体验吧！

（来源：泰克科技）

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压电陶瓷传感器

通过控制它的成分和烧结条件等手段，陶瓷的微观结构比较容易调节。微观结构对陶瓷的所有特性都有重大影响，包括它们的电学、磁性、光学、热学和机械性能。由于陶瓷材料的耐高温和抗恶劣环境影响能力很强，所以常常将它们用于高温环境下的处理过程。陶瓷主要是由价格便宜的材料制备而成的，这就是说用它生产的传感器价格也将比较低廉。

1.压电陶瓷传感器工作原理

有自发极化的晶体，通常其表面俘获大气中的电荷而保持电平衡状态。当温度变化时，处于电平衡状态的晶体，其内部的自发极化发射随温度变化相应地变化。因为晶体表面电荷的变化跟不上晶体内部自发极化的变化，故可在晶体表面观测到电荷。若在热释电体的两侧安装电极，并在两电极间接上负载，则因温度变化而释放的表面电荷将通过负载形成热电流。

2.压电陶瓷传感器的特点

能充分吸收人射的红外线。

为了使吸收的单位热能对应大的温度上升幅度，热释电材料体积比热应小，且便于加工成微型或薄膜化元件。

与温度变化相对应的表面电荷变化应大，即热释电系数=dPr/dT大。室温的Pr（剩余极化）大，（居里温度）适当高时，λ 变大。当Tc低，λ 大时，Tc低使工作温度受到限制，且的温度变化率大。

与表面电荷变化相应的电容应小，使之能产生大的电压。

3.压电陶瓷传感器应用

压电材料有单晶和多晶两种。前者以石英晶体为代表，其特点是温度稳定性和老化性能好，且Q值极高；后者以钛锆酸铅压电陶瓷为代表，其特点是容易制作，性能可调，便于批量生产。压电材料已广泛用于力敏、声敏、热敏、光敏、湿敏和气敏等传感器。

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