第06章_压电式传感器(二)

来源：网络收集时间：2026-09-13

导读：第06章_压电式传感器(二) 6.3 压电式传感器的测量电路 6.3.1 压电晶片的连接方式在实际应用中，由于单片的输出电荷很小，因此，组成压电式传感器的晶片不止一片，常常将两片或两片以上的晶片粘结在一起。粘结的方法有两种，即并联和串联。第06章_压电式

第06章_压电式传感器(二)

6.3 压电式传感器的测量电路

6.3.1 压电晶片的连接方式在实际应用中，由于单片的输出电荷很小，因此，组成压电式传感器的晶片不止一片，常常将两片或两片以上的晶片粘结在一起。粘结的方法有两种，即并联和串联。

第06章_压电式传感器(二)

并联方法两片压电晶片的负电荷集中在中间电极上，正电荷集中在两侧的电极上，传感器的电容量大、输出电荷量大、时间常数也大，故这种传感器适用于测量缓变信号及电荷量输出信号。+ - - + - (a)并联

q 2q;U U;C 2C

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串联方法正电荷集中于上极板，负电荷集中于下极板，传感器本身的电容量小、响应快、输出电压大，故这种传感器适用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。1 q q;U 2U;C C 2+ + - - (b)串联

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+ + - + + + + + + + + - - - - - (a) (b) + + + +

图6-5 压电元件连接方式 (a) 相同极性端粘结； (b) 不同极性端粘结

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在上述两种接法中，并联接法输出电荷大，本身电容大，时间常数大，适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的场合。而串联接法输出电压大，本身电容小，适宜用于以电压作输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合。

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6.3.2 压电传感器的等效电路当压电晶体承受应力作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷。故可把压电传感器看成一个电荷源与一个电容并联的电荷发生器，其电容量为：

S r 0 S Ca

Ca q (a)

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(a)

(b)

图6-12 压电元件的等效电路 (a) 电压源; (b) 电荷源

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当两极板聚集异性电荷时，板间就呈现出一定的电压，其大小为q Ua Ca

因此，压电传感器还可以等效为电压源Ua Ca 和一个电容器Ca的串联电路，如图 (b)。Ua (b)

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实际使用时，压电传感器通过导线与测量仪器相连接，连接导线的等效电容CC、前置放大器的输入电阻Ri、输入电容Ci对电路的影响就必须一起考虑进去。当考虑了压电元件的绝缘电阻Ra以后，压电传感器完整的等效电路可表示成图6-13所示的电压等效电路 (a)和电荷等效电路(b)。这两种等效电路是完全等效的。

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(a)

(b)

图6-13 压电传感器的实际等效电路 (a) 电压源; (b) 电荷源

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值得注意的是：利用压电式传感器测量静态或准静态量值时，必须采取一定的措施，使电荷从压电晶片上经测量电路的漏失减小到足够小程度。而在动态力作用下，电荷可以得到不断补充，可以供给测量电路一定的电流，故压电传感器适宜作动态测量。

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6.3.3 压电式传感器的测量电路由于压电式

传感器的输出电信号很微弱，通常先把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗交换以后，方可用一般的放大检波电路再将信号输入到指示仪表或记录器中。(其中，测量电路的关键在于高阻抗输入的前置放大器。)

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前置放大器的作用：一是将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；二是放大传感器输出的微弱电信号。前置放大器电路有两种形式：一是用电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电压 (即传感器的输出)成正比；另一种是用带电容板反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。由于电荷放大器电路的电缆长度变化的影响不大，几乎可以忽略不计，故而电荷放大器应用日益广泛。

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1. 电荷放大器

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