壓電振動傳感器的壓電效應原理說明

　　壓電振動傳感器是一種自發(fā)電式和機電轉換式傳感器，它的敏感元件由壓電材料制成。在發(fā)動機研制、生產(chǎn)和使用過程中，對發(fā)動機進行振動測量和監(jiān)視，常用于振動監(jiān)測系統(tǒng)和健康診斷系統(tǒng)中。它在民用航空飛機、直升機、航空發(fā)動機、燃氣輪機上有著廣泛的應用，用來進行模態(tài)測試、發(fā)動機的振動監(jiān)測和分析、飛行測試等。
 

　　壓電效應原理：
 

　　壓電振動傳感器基于正壓電效應，將機械能轉換為電能，即實現(xiàn)“力—電”轉換。某些材料在沿一定方向受到外力作用而變形時，會同時在其兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的等量電荷，且電荷量與施加外力的大小成正比。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應，這種材料稱為壓電材料，由壓電材料制成的元件稱為壓電敏感元件。當感受到外界振動(即外力呈周期性變化)時，壓電敏感元件表面的電荷亦呈現(xiàn)周期性變化，且變化頻率與振動頻率一致。通過對壓電敏感元件表面電荷信號的采集和測量，即可實現(xiàn)振動測量的目的。
 

　　工作原理：
 

　　(1)壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應強弱的參數(shù), 它直接關系到壓電輸出的靈敏度。
 

　　(2)壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。
 

　　(3)對于一定形狀、 尺寸的壓電元件, 其固有電容與介電常數(shù)有關; 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。
 

　　(4)在壓電效應中,機械耦合系數(shù)等于轉換輸出能量(如電能)與輸入的能量(如機械能)之比的平方根; 它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數(shù)。
 

　　(5)壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏, 從而改善壓電傳感器的低頻特性。
 

　　(6)壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點溫度。