廣義地講,凡是利用壓電材料各種物理效應(yīng)構(gòu)成的各種傳感器,都可稱為壓電式傳感器,它們已被廣泛地應(yīng)用在工業(yè),軍事和民用等領(lǐng)域。表10-2給出了其主要應(yīng)用類型。在這些應(yīng)用類型中力敏類型應(yīng)用最多。可直接利用壓電傳感器測量力、壓力、加速度、位移等物理量。

1)壓電式測力傳感器

壓電式測力傳感器在直接測量拉力或壓力時,通常采用雙片或多片石英品體做壓電元件,并配以適當?shù)姆糯笃骺蓽y量幾百至幾萬牛頓的動態(tài)或靜態(tài)力。這種傳感器按其測力狀態(tài)可分為單向力、雙向力和三向力傳感器。

2)單向力傳感器

一種用于測量機床動態(tài)切削力的壓電石英晶體單向力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖10 - 14所示。壓電元件采用xy(即x 0℃)切型石英晶體,利用其縱向壓電效應(yīng),通過 d₁₁實現(xiàn)力一電轉(zhuǎn)換。

它用兩塊晶片(Ф8×1mm)做傳感元件,被測力通過傳力上蓋使石英唱片沿電軸方向受壓力作用,由于縱向壓電效應(yīng)使石英晶片在電軸方向上出現(xiàn)電荷,兩塊晶片沿電軸方向并聯(lián)喬加,負電荷由片型電極輸出,壓電晶片正電荷一側(cè)與底座連接。兩片并聯(lián)可提高其靈敏度。壓力元件彈性變形部分的厚度較薄,其厚度由測力大小決定。這種結(jié)構(gòu)的單向力傳感器體積小、重量輕(僅10g),固有頻率高(約50~60kHz),可檢測高達5000N的動態(tài)力，分辯率為10^-3N。