压电式传感器（压电式传感器的应用）

压电式传感器的测量电路是什么?各有何特点?

1、压电式传感器是依据压电效应工作的传感器，它能够实现机械能与电能的相互转换。这类传感器的敏感部件采用压电材料制成，当这些材料受到外力作用时，会在其表面产生电荷。产生的电荷通过电荷放大器和测量电路进行放大和阻抗转换，最终将电量输出，其大小与施加的外力成正比。

2、压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压力传感器、加速度计)。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。

3、电荷放大检测电路是常用的压电式传感器测量电路之一。它能够有效地放大和变换阻抗，从而提供精确的电量输出。另一种常见的测量电路是电压放大检测电路。电压放大检测电路通过将电荷转换为电压，然后进行放大和阻抗变换，同样能够提供与所施加外力成比例的电压输出。在实际应用中，选择哪种测量电路取决于具体需求。

1、电荷放大检测电路是常用的压电式传感器测量电路之一。它能够有效地放大和变换阻抗，从而提供精确的电量输出。另一种常见的测量电路是电压放大检测电路。电压放大检测电路通过将电荷转换为电压，然后进行放大和阻抗变换，同样能够提供与所施加外力成比例的电压输出。在实际应用中，选择哪种测量电路取决于具体需求。

2、压电式传感器具有多种等效电路表示方式，主要分为两种。首先，它可视为电荷源与电容器的并联结构，如图(a)所示，其中压电元件的漏电阻被表示为 Ra。这种并联电路模型强调了传感器在产生电荷输出时的特性。另一种等效电路是将压电式传感器视作电压源与电容器的串联组合，如图(b)所示。

3、电荷放大器，电压放大器。电荷放大器：电荷放大器用于将压电传感器输出的电荷信号转换为电压信号，由一个运算放大器和一个反馈电容组成，通过调整反馈电容的数值，可以改变电荷放大器的增益。电压放大器：电压放大器用于将电荷放大器输出的电压信号进一步放大，以便后续的信号处理或显示。

4、压电式传感器的信号调理电路主要有两种形式：电压放大器和电荷放大器。其中电压放大器的功能是将压电传感器的高输出阻抗变为较低阻抗，并将压电式传感器的微弱电压信号放大。电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。

5、因此，前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，它的输出电压与输入电压(传感器的输出电压)成正比；一种是电荷放大器，其输出电压与传感器的输出电荷成正比。

压电式传感器在动态测量中表现出色，但在静态测量中却不太适用。这是因为压电式传感器只有在受到动态压力变化时才会产生信号，而在静态压力下，无论压力大小，传感器都不会输出信号。因此，对于静态测量场景，这类传感器无法提供有效数据。

原因：因为压电式传感器只有在动态时才有信号输出，静态时不管受压与否，压力有多大，都没有信号输出，所以不能用于静态测量。动态测量时被测量在测量过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行测量的测量方法。一般需首先在某一起始点上，静止地观测数分钟，以便进行初始化工作。

对于压电式传感器的电荷信号测量，存在两个主要问题：一是需要极高的输入阻抗的测量电路技术；二是电荷可能会由于材料、环境等因素而流失。这导致在静态测量中，如果电荷流失（包括测量过程中损失），经过一段时间后，电荷量与压力之间的函数关系可能会改变，导致测量误差。