壓電力傳感器可以測量各種動(dòng)態(tài)力、機械沖擊和振動(dòng),廣泛應用于聲學(xué)、醫學(xué)、力學(xué)和導航。它具有體積小、重量輕、頻率響應高、信噪比大的特點(diǎn)。
壓電力傳感器的壓電效應:當某些電介質(zhì)在一定方向受到外力變形時(shí),內部會(huì )發(fā)生極化,在其相對的兩個(gè)表面會(huì )出現相反的電荷。外力去除后,會(huì )回到不帶電的狀態(tài)。這種現象稱(chēng)為正壓電效應。當力的方向改變時(shí),電荷的極性也隨之改變。相反,當電場(chǎng)施加到電介質(zhì)的極化方向上時(shí),電介質(zhì)也會(huì )變形,并且在去除電場(chǎng)后電介質(zhì)的變形會(huì )消失。這種現象稱(chēng)為逆壓電效應。一種基于電介質(zhì)壓電效應的傳感器稱(chēng)為壓電力傳感器。
壓電力傳感器的壓電效應原理是,如果對壓電材料施加壓力,就會(huì )產(chǎn)生電勢差(稱(chēng)為正壓電效應),而如果施加電壓,就會(huì )產(chǎn)生機械應力(稱(chēng)為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻振動(dòng),就會(huì )產(chǎn)生高頻電流。高頻電信號施加到壓電陶瓷上,產(chǎn)生高頻聲信號(機械振動(dòng)),也就是我們通常所說(shuō)的超聲信號。也就是說(shuō),壓電陶瓷具有機械能和電能的轉換和逆轉換功能,這種對應關(guān)系真的很有趣。
壓電力傳感器的壓電材料可以因機械變形產(chǎn)生電場(chǎng),也可以因電場(chǎng)的作用產(chǎn)生機械變形。這種固有的機電耦合效應使得壓電材料在工程中得到廣泛應用。例如,壓電力傳感器的壓電材料已經(jīng)被用于制造智能結構,具有自診斷、自適應和自修復等功能。除了自承重之外,還在未來(lái)的飛機設計中占有重要地位。
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