压电式传感器的结构 什么是压电电压传感器？
什么是压电电压传感器？
压电材料作为感知电力设备放电、振动等信号的关键材料，在电力设备振动监测、放电检测、探伤、温度测量、电压传感等领域得到广泛应用。
压电材料在压电传感器件中的应用多种多样，其核心在于机械能和电能的相互转换：压电材料受机械振动（压电振动传感器）、声波传导（压电声传感器）等机械外力作用时晶格形变，引起极化状态的变化，输出传感电信号，或通过对压电材料受电场作用产生的形变进行测量来反映电场大小（压电电压传感器）。
压电电压传感器工作原理如图1所示，其主要基于逆压电效应，将施加于压电材料上的电信号转换为位移或者形变信号，再进一步通过其他方式进行检测，进而实现对电压信号的量测。
图1 压电电压传感器检测示意图
压电电压传感器可分为基于应力检测的压电电压传感器、基于光检测的压电电压传感器和基于电容值检测的压电电压传感器。
1 基于应力检测的压电电压传感器
压电电压传感器研究早期，K.Kawamura等使用压力传感器对压电材料的电致应变进行检测，如图2所示。检测电压峰值可达26kV，测量误差小于2%，频率测量范围0~2.5kHz。但此类传感器检测范围和精度易受附加压力传感器限制，且需额外电源供电，增加了电压传感器的复杂性，难以满足新型传感器小型化、无源、抗干扰能力强等要求，实际应用困难。
图2 基于应力检测的压电电压传感器
2 基于光检测的电压传感器
相比于基于应力检测，通过利用无源光学器件测量压电材料形变更为便捷。K.M.Bohnert等将石英压电晶体与双模光纤联用，通过检测光纤中的相干光相位变化对压电材料形变进行测量，频率测量范围50Hz~11kHz，测量电压高达520kV，但其设备体积较为庞大；另有研究人员联用PZT等高压电性能陶瓷多晶与光栅器件，将难以准确测量的压电材料形变转换为光栅中心波长变化进行检测，有效提高了测试精度。
G. Fusiek等使用多个厚度为4mm的PZT压电陶瓷片构成叠层结构，以放大压电陶瓷在同等电压下的位移大小。传感器最大量程5kV，频率测量范围50Hz~20kHz。研究者采用外加铝制结构对压电陶瓷到光纤光栅的位移进行传递，减小了对单个压电陶瓷片厚度的要求，但位移的多次传递可能引入额外的测量误差。
3 基于电容值检测的电压传感器
此外，Xue Fen等将两层极化方向相反、两端固定的PVDF压电薄膜叠加成电容的上电极，外加固定的电容下电极组成压电式电压传感器。当外加电场变化时，PVDF薄膜发生弯折电容极板结构变化，导致电容值发生变化，通过实时测量电容值来反推外加电场的信息。
尽管压电聚合物薄膜（PVDF）在厚度方向的伸缩振动谐振频率远高于普通压电陶瓷，可获得接近10MHz宽频带响应和22kV/cm的测量量程，但由于其压电系数远远小于普通的压电陶瓷，形变通常在nm级，即使使用光学器件也很难对其检测，因此使用PVDF进行电压/电场传感研究的难点在于将微纳级形变转换为其他可测、易测的物理量。
本文编自2021年第7期《电工技术学报》，论文标题为“压电材料与器件在电气工程领域的应用”，作者为姚睿丰、王妍 等。
#pgc-card .pgc-card-href { text-decoration: none; outline: none; display: block; width: 100%; height: 100%; } #pgc-card .pgc-card-href:hover { text-decoration: none; } /*pc 样式*/ .pgc-card { box-sizing: border-box; height: 164px; border: 1px solid #e8e8e8; position: relative; padding: 20px 94px 12px 180px; overflow: hidden; } .pgc-card::after { content: " "; display: block; border-left: 1px solid #e8e8e8; height: 120px; position: absolute; right: 76px; top: 20px; } .pgc-cover { position: absolute; width: 162px; height: 162px; top: 0; left: 0; background-size: cover; } .pgc-content { overflow: hidden; position: relative; top: 50%; -webkit-transform: translateY(-50%); transform: translateY(-50%); } .pgc-content-title { font-size: 18px; color: #222; line-height: 1; font-weight: bold; overflow: hidden; text-overflow: ellipsis; white-space: nowrap; } .pgc-content-desc { font-size: 14px; color: #444; overflow: hidden; text-overflow: ellipsis; padding-top: 9px; overflow: hidden; line-height: 1.2em; display: -webkit-inline-box; -webkit-line-clamp: 2; -webkit-box-orient: vertical; } .pgc-content-price { font-size: 22px; color: #f85959; padding-top: 18px; line-height: 1em; } .pgc-card-buy { width: 75px; position: absolute; right: 0; top: 50px; color: #406599; font-size: 14px; text-align: center; } .pgc-buy-text { padding-top: 10px; } .pgc-icon-buy { height: 23px; width: 20px; display: inline-block; background: url(https://lf6-cdn-tos.bytescm.com/obj/cdn-static-resource/pgc/v2/pgc_tpl/static/image/commodity_buy_f2b4d1a.png); } 传感器原理与应用技术 ￥86 购买压电式振动传感器的基本原理及结构类型
压电式振动传感器在民用航空飞机、直升机、航空发动机、燃气轮机上有着广泛的应用，用来进行模态测试、发动机的振动监测和分析、飞行测试等。压电式振动传感器在发动机研制、生产和使用过程中，对发动机进行振动测量和监视，常用于振动监测系统和健康诊断系统中。
压电式振动传感器
1、压电效应原理
压电振动传感器基于正压电效应，将机械能转换为电能，即实现“力—电”转换。某些材料在沿一定方向受到外力作用而变形时，会同时在其两个相对表面上出现正负相反的等量电荷，且电荷量与施加外力的大小成正比，如图1所示。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。这种现象称为正压电效应，这种材料称为压电材料，由压电材料制成的元件称为压电敏感元件。当感受到外界振动(即外力呈周期性变化)时，压电敏感元件表面的电荷亦呈现周期性变化，且变化频率与振动频率一致。通过对压电敏感元件表面电荷信号的采集和测量，即可实现振动测量的目的。
压电式振动传感器
2、压电式振动传感器的结构类型
压电式振动传感器的结构通常采用压缩式和剪切式两种形式，具体如图2所示。所谓压缩式，是指外力垂直作用于压电敏感元件表面，会在该面产生电荷；所谓剪切式，是指外力平行作用于压电敏感元件表面，会在该面产生电荷。相应的，受感器的结构形式也分为压缩式和剪切式。
压缩式的结构通常由预紧螺杆、预紧螺栓、质量块、压电敏感元件和外壳等组成。敏感元件的预紧方式为预紧螺杆与预紧螺栓间的预紧，预紧螺母预紧力的大小决定了压电敏感元件以及质量块的预紧程度。
压电式振动传感器
剪切式的结构通常由预紧筒、质量块、压电敏感元件、底座和外壳等组成。敏感元件的预紧方式为环形状预紧筒。将质量块与压电敏感元件箍紧，预紧筒与质量块间的过盈量决定了压电敏感元件以及质量块的预紧程度。
相关问答
压电式传感器 测量电路的作用是什么?_作业帮[最佳回答]压电式传感器piezoelectrictypetransducer基于压电效应的传感器.是一种自发电式和机电转换式传感器.它的敏感元件由压电材料制成.压电材料受力...
压电式传感器 属于()A电流型传感器B 结构 型传感器C电压型传感器D物理型传感器?基于压电效应的传感器,是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大...
力 传感器的 组成是什么?力传感器通常由以下几个组成部分组成:1.弹簧或应变计:弹簧或应变计是力传感器的核心部分,用于测量外加力对其施加的应变,从而将力转换为电信号。应变计通常...
简述 压电 陶瓷的 结构 ?当电压作用于压电陶瓷时,就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面,当振动压电陶瓷时,则会产生一个电荷。利用这一原理,当给由两片压电陶瓷或一片压电...
压电式传感器的 原理?压电式传感器的工作原理是压电效应,即某些晶体受一定方向外力作用而发生机械变形时,相应地在一定的晶体表面产生符号相反的电荷,外力去掉后,电荷消失。力的方...
压电式传感器 原理?压电式传感器是一种常见的传感器类型,它利用了压电效应来将机械压力或应力转换为电信号。以下是压电式传感器的详细原理:1.压电效应:压电效应是指某些材料在...
mems 传感器 是 压电式 吗?是的,MEMS传感器中的一种常见类型就是压电式传感器。压电式传感器是利用压电材料的电-机械转换特性来测量和检测力、压力、应力、振动等物理量的传感器。在MEM...
压电 效应并联和串联接法概念目的?压电式传感器的输出可以是电压信号,也可以是电荷信号,所以前置放大器也有两种形式:电压放大器和电荷放大器。在压电式传感器中,为了提高灵敏度,往往采用多...
在线的各位知道吗，传统压力 传感器 内部 结构 有哪些?还请不吝赐[回答]压力变送器也称差变送器,主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流...
爆震 传感器 有何作用，其 结构 特点如何?_汽配人问答[最佳回答]爆震传感器安装在缸体或缸盖上,其作用是将发动机爆震时产生的压力波转变成电信号输送给电脑:电脑中的点火提前角反馈控制电路根据爆震传感器传来的...