压电加速度计原理图；左：压缩型；右：三晶剪切型（Brüel&amp；克雅尔）。

在这两种情况下，主轴都在垂直方向上，其中灵敏度有一个最大值。理想情况下，正交方向上的灵敏度为零。商业传感器在垂直于主轴的方向上具有非零灵敏度，这是由于结构公差（没有很好地对准晶体）或晶体本身的交叉灵敏度造成的。晶体类型和取向的选择应确保d的最大值与主轴一致，其他所有方向为零。例如，当剪切类型中的d15负责最大输出（在1方向上）时，d12和d13的值应为零，因为这些垂直于晶体的力可能不会在该方向上产生电输出。商用加速度计的交叉灵敏度仅为主要灵敏度的百分之几。

当必须测量力或加速度矢量的两个或所有三个分量时，应使用多轴传感器。早期的三轴版本通常由三个独立的传感器组成，垂直安装在一个外壳中，如图8.7所示。这种传感器的最小尺寸与模具相当，重量低至20 g，灵敏度约为10 mV/g，其中g是重力加速度，单位为m/s2。最近，MEMS三轴加速度计充斥市场，主要用于消费品（如相机和游戏）。它们也可与集成接口电路一起使用。典型灵敏度为10–100 mV/g，重量为10–50 g。

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图8.7。三轴压电加速度计由三个独立的单轴传感器组成。

8.2.2加速计特性

压电加速度计的频带受晶体分流电阻限制在频谱的低端（第8.2.1节）。在频谱的上侧，它受到共振频率的限制。图8.8显示了标准型压电加速度计的有效频率范围。这里是(ω) 是灵敏度，即施加的加速度和电输出之间的比率，Snom是标称灵敏度。

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图8.8。压电加速度计的典型频率特性。

压电加速度计由底板、地震质量块和（预加载的）晶体组成。弹簧-质量系统的机械特性遵循运动方程：

(8.29)

其中m是地震质量，α 阻尼常数和弹簧常数（地震质量和基底之间）。系统的固有频率（即α=0）等于：

(8.30)

压电加速度计的阻尼常数通常很小；在这种情况下（阻尼）共振频率ω图8.8中的res接近ωo。高共振频率需要小质量m和大刚度k。质量决定了标称频率范围内的灵敏度，并根据应用进行选择。商用加速度计的共振频率范围为1至250千赫：尺寸越小，共振频率越高。

存在许多不同类型的压电传感器，用于各种应用。最小的商用加速度计的重量为0.2克，谐振频率为50千赫。

表8.3列出了几组加速计的主要性能，表8.4显示了一些最大额定值。

表8.3。各种加速度计规格

应用范围（FS）灵敏度（mV/g）分辨率（g）频率范围（Hz）

总则±10至±500 10–100 0.001 1–104

健壮的±50 100 10−3 1–1000

地震±5 0.05 10−4 1–3000

弹道的±105 1000 1 1–8000

大多数类型的温度范围为−70° 至+120°C。

表8.4。压电传感器的最大额定值

类型范围（FS）灵敏度Tmax(°（三）

加速度103–106 m/s2 0.1–50 pC/ms−2 500

力102–106 N 2–4 pC/N 300

压力107–108 Pa 20–800 pC/MPa 200

应用压电传感器时，应考虑以下几点：

•

材料特性取决于电负载（打开或关闭的电气端子）；因此所有传感器特性（灵敏度、共振频率ωa） 也取决于负载。

•

当将传感器安装在物体上时，物体受到机械加载，导致加速度和共振频率发生变化ω答。

当M是物体的质量，M是加速度计的质量时，加速度降低了1倍+M/M，共振频率降低了1倍√(1+m/m），根据公式（8.30）：

(8.31)

其中下标o和L分别表示空载和负载情况。这些方程式允许在应用加速计时快速评估负载效应。

陶瓷

师羽陶瓷

Shigeyuki公司ō《物理科学与技术百科全书》（第三版），2003年

I.E.2.f压电传感器

压电传感器分为两类。一种是由超声产生部分和超声接收（检测）部分组成。另一种只有检测部分，直接利用压电效应。用于汽车、气体流量计、医疗设备等声纳系统的超声波传感器属于超声波传感器。压电陀螺仪也属于这种传感器。它是用于汽车导航系统的角速度传感器和摄像机的振动补偿系统。它具有一个波产生部分和一个波接收部分。在这种情况下，产生的超声波在陀螺仪元件本身中传播，并且检测部分通过旋转的科里奥利力来检测修正波。人们提出了各种压电陀螺结构。这些示例如图28所示。

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图28。压电陀螺仪结构。

压电传感器通常被称为压电式传感器，它仅由一个检测部分组成。它直接利用压电（右）效应。这种类型的典型传感器是汽车发动机的爆震传感器和冲击传感器。图29显示了新开发的用于硬盘驱动器的压电冲击传感器。

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图29。压电冲击传感器。

加速度、冲击和振动传感器

Craig Aszkler，《传感器技术手册》，2005年

IEPE加速计

IEPE传感器包含内置的信号调节电子设备，其功能是将压电传感元件产生的高阻抗电荷信号转换为可用的低阻抗电压信号，该信号可以通过普通的双线或同轴电缆轻松传输到任何电压读数或记录设备。低阻抗信号可以通过长距离的电缆传输，并在肮脏的现场或工厂环境中使用，几乎没有退化。除了提供关键的阻抗转换，IEPE传感器电路还可以包括其他信号调节功能，如增益、滤波和自检功能。IEPE加速度计系统使用简单、精度高、频率范围宽、成本低，是大多数振动或冲击应用的推荐类型。但是，如果安装点的温度超过内置电路的能力，则必须对此断言提出例外。IEPE加速计的常规温度上限为250℃°F（121）°C） ；然而，专业单位可操作到350°F（175）°C） 是的。

IEPE是一个通用的行业术语，用于描述内置电子设备的传感器。许多加速计制造商使用自己的注册商标或商号来表示内置电子元件的传感器。这些名称的示例包括：ICP® (PCB压电电子学），德尔泰隆（Bruel&Kjaer），压电管（Kistler Instruments）和Isotron（Endevco）等等。

IEPE加速计中的电子元件需要来自恒定电流直流电压源的激励电源。该电源有时内置于振动计、FFT分析仪和振动数据采集器中。如果读数中没有内置信号调节器，则需要单独的信号调节器。除了提供所需的激励外，电源还可以包括额外的信号调节，例如增益、滤波、缓冲和过载指示。IEPE加速计的典型系统设置如图5.2.3所示。

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图5.2.3。典型的IEPE系统。

传感器和致动器用复合材料

C。《材料百科全书：科学与技术》，2001年

2.3压电材料

压电传感器保持较小（直径几毫米，厚度小于1毫米）。例如“智能层由具有分布式压电陶瓷元件的嵌入式网络的介电薄膜制成，采用类似于电路印刷技术的工艺制造。该层既可以集成到预浸料复合材料中，也可以粘合到其表面而不影响复合材料的强度。

使用压电元件作为致动器（图2（a））需要尺寸相对较大的元件，例如10 mm×4毫米×0.1毫米。必须在预浸料材料中制备特殊切口，以便集成此类驱动装置。在选择合适的粘接技术时需要相当小心，以避免对复合材料产生任何不利影响。在压电元件上施加压缩预应力有助于提高压电元件的性能。在集成压电元件时，还需要小心，以限制t产生的热量的影响