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piezoelectric transducer，piezoelectric sensor
定義：將被測量變化轉(zhuǎn)換成材料受機(jī)械力作用產(chǎn)生靜電電荷或電壓變化的傳感器。
學(xué)科：機(jī)械工程_機(jī)械測量與控制_機(jī)械傳感器
相關(guān)名詞：壓電三向力傳感器 壓電加速度傳感器 測力儀 推力測量 動態(tài)測試
圖片來源：視覺中國
【延伸閱讀】
人類用五官及觸覺等直接感知周圍的世界，但感知的范圍有限。傳感器是對人類這種能力的延伸，幫助我們看清了更遠(yuǎn)處、更微觀物體的形貌。力的相互作用、物體間的相對運(yùn)動，是生產(chǎn)生活中常見的現(xiàn)象，力和加速度是描述和表征這種關(guān)系的最直接的物理量，力/加速度傳感器則是獲取這些物理量的工具。如力的大小從毫牛到百噸跨度，發(fā)生時間越來越短，壓電傳感器以其優(yōu)良的特性滿足了測量需求。
壓電效應(yīng)真正被人們重視，源于一戰(zhàn)后期。為了準(zhǔn)確及時探測到海底潛艇，從而做好防御或反擊，尋找適合聲吶傳感器的聲波產(chǎn)生器與接收器成為研究熱點。但壓電傳感器產(chǎn)生的是電荷，容易泄漏損失，曾經(jīng)有一段時間讓人們又欣喜又遺憾。20世紀(jì)40年代后期，以阻抗變換和電荷放大、電壓放大技術(shù)為代表的瓶頸問題逐步解決，壓電傳感器由于核心器件自身本質(zhì)具有的特性，越來越被人們青睞，應(yīng)用越來越廣泛。
壓電式傳感器通常由晶片、電極片、防護(hù)殼體、傳力結(jié)構(gòu)以及引線接口構(gòu)成。核心材料——晶片是基于壓電效應(yīng)的單晶或多晶晶體，根據(jù)被測量的維數(shù)，切割成不同類型的晶片；電極片用來收集外力作用產(chǎn)生的電荷；多片晶片和電極構(gòu)成晶組，殼體用來容納和定位晶組、提供內(nèi)部布線空間，防止外部電磁輻射影響傳感器；傳力結(jié)構(gòu)用來承受并傳遞外部施加的作用力/加速度；引線接口用來將單維/多維電荷輸出給后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)接插口。根據(jù)被測對象物理量和維度，有單向力傳感器、雙向力傳感器、三向力傳感器、單向加速度傳感器、雙向加速度傳感器和三向加速度傳感器。壓電傳感器因其結(jié)構(gòu)緊湊、剛性大、固有頻率高、壽命長、穩(wěn)定性好，特別適合對快速變化力和加速度的測量。壓電傳感器技術(shù)是一門集機(jī)械工程、傳感器技術(shù)、人工智能等多學(xué)科為一體的綜合技術(shù)。
壓電傳感器應(yīng)用在機(jī)械制造、航空航天、教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域，其典型應(yīng)用包括對新材料新刀具的工藝性研究過程中的切削力測量、精密零部件組裝力反饋控制、軌姿控火箭發(fā)動機(jī)推力測量、長期工作設(shè)備運(yùn)維需要的加速度監(jiān)測、大型構(gòu)件制造中重載瞬態(tài)沖擊監(jiān)測等。
目前，世界各國不斷增大對壓電傳感器的研發(fā)投入，我國壓電傳感器技術(shù)實力也持續(xù)增強(qiáng)。隨著智能制造技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，重大型號工程的需求，國產(chǎn)核心壓電傳感器產(chǎn)品市場占有率持續(xù)增大，在很多核心和關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。
（延伸閱讀作者：大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授 張軍）
責(zé)任編輯：張鵬輝
