压电换能器的工作原理和应用

在日常生活中，可能会遇到很难测量的物理量，例如施加在金属上的机械应力、温度、压力水平等……对于所有这些应用，需要一种能够以我们熟悉的单位和校准来测量这些未知量的设备，而比较常用的设备是换能器。

换能器是一种电气设备，可以将任何类型的物理量以成比例的电量形式转换为电压或电流。按照使用材电磁特性来划分，换能器主要有磁致伸缩和压电晶体两大类。在本文中，小编简单介绍下压电换能器的相关知识。

基本概念

压电换能器是一种电换能器，它可以将任何形式的物理量转换成电信号，以便用于测量。简单来说，利用压电材料的特性将物理量转换为电信号的电换能器称为压电换能器。

压电材料表现出压电特性，根据该特性，在施加任何类型的机械应力或应变时，都会产生与所施加应力成比例的电压。可以使用电压测量仪器测量产生的电压，以计算施加到材料上的应力或应变值。

压电材料的类型

一些类型的压电材料是：

天然存在的：石英、罗谢尔盐、黄玉、电气石族矿物质，以及一些有机物质，如丝绸、木材、牙釉质、骨头、头发、橡胶、牙本质。

人工制造的：聚偏二氟乙烯、PVDF或PVF2、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅（PZT）、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂等无铅压电陶瓷。

当然，并非所有的压电材料都可用于压电换能器，用作换能器的压电材料必须满足某些要求。例如，用于测量目的的材料应具有频率稳定性、高输出值、对极端温度和湿度条件不敏感，并且可以提供各种形状，或者应该灵活地制造成各种形状而不影响其性能。

不幸的是，没有一种压电材料具有所有这些特性。石英是一种高度稳定的晶体，天然存在，但输出量小，可以用石英测量缓慢变化的参数。罗谢尔盐的输出值最高，但它对环境条件很敏感，不能在115°F（46°C）以上温度运行。

工作原理

压电换能器利用压电原理工作。压电材料（通常是石英）的表面涂有一层薄薄的导电材料，例如银。当施加应力时，材料中的离子会移向其中一个导电表面，同时远离另一个导电表面，这导致电荷的产生,此电荷用于校准应力。产生的电荷的极性取决于施加应力的方向。应力可以以压缩应力和拉伸应力两种形式施加。

主要应用

由于压电材料无法测量静态值，因此压电换能器主要用于测量表面粗糙度、加速度计和振动拾音器。

在应变仪中测量力、应力、振动等。

汽车行业使用它来测量发动机的爆震。

还可用于医疗应用中的超声成像。

图：ATA-309B功率放大器指标参数

在电子实验中，驱动压电换能器的时候常常会用到功率放大器，能够将信号放大到需要的大电压。如果对于压电换能器如何选择功率放大器还不清楚，欢迎随时咨询安泰电子。

审核编辑：汤梓红