压电式传感器是一种机电换能器,所用的压电材料(如天然石英、人工极化陶 瓷等)在受到一定的机械荷载时,会在压电材料的极化面上产生电荷,其电荷量与 所受的载荷成正比。当压电晶体片受力时,晶体的两表面上聚集等量的正、负电 荷,由于晶体片的绝缘电阻很高,因此压电晶体片相当于一只平行板电容器。 

其电容量为 晶体片上产生的电压量与作用力的关系 

式中:ε 为压电晶体的介电常数;A 为晶体片(构成极板)的面积;d 为晶体片的 厚度;d33 为压电系数;F 为沿晶轴施加的力。 

压电式加速度计的晶体片确定后,d33、d、ε、A 都是常数,则晶体片上产生的 电压量与作用力成正比。测量时,将压电式加速度计基座与试件刚性固定在一起 (安装基面粗糙度不超过 0·41μm)。当加速度计受振动时,由于压电片具有的压 电效应,它的 2 个表面上就会产生交变电荷(电压)。而此交变电荷(电压)又与作 用力成正比,因此交变电荷(电压)与试件的加速度成正比。这就是压电式加速度 计能够将振动加速度转变成为电量进行测振的原理。 

系统组成 ：①压电式加速度计。测试系统中,压电式加速度计的作用是把振 动量转换成相应的电信号。②电荷放大器。压电加速度计产生的电荷量很小,输 出阻抗很高,因此与它相连的仪器输入阻抗的大小将对测量系统的性能产生重大 影响。高输入阻抗的前置放大器就是以此为目的而设置的。 压电加速度计与电 荷放大器相连后的等效电路如图 2-1 所示。 

 电荷放大器等效电路 

电荷放大器实际上是具有负反馈电容、输入阻抗极高的高增益运算放大器。

它将压电加速度计看成电荷源,并输出与之成正比的低输入阻抗的电信号。其作 用是:变压电加速度计的高输出阻抗为前置放大器的低输出阻抗,以便同测仪相 匹配;放大从传感器输出的微弱信号,或者把它的电荷变成电压信号;输出电压归 一化。即它与不同灵敏度的传感器相配合时,在相同的信号输入下,达到相同的输 出电压。 

① 动态数据采集测试仪  动态数据采集测试仪是振动测试系统最重要的一环。其实质是一种带通讯接

口和程序控制的多功能智能仪表,具有内置调理功能,可直接对加速度信号进行 测量,也可以通过相应的控制模块对外控制输出,通过其自带的 RS-232、RS- 485/422、GPIB 或 Ethernet 等通讯接口,能与加速度传感器、前置处理器、计算机 等设备组成适用于各种领域的振动测量数据测试分析系统。 

    压电式传感器应用特点：灵敏度和分辨率高，线性范围大，结构简单、牢固， 可靠性好，寿命长；体积小重量轻，刚度强度、承载能力和测量范围大，频带宽， 动态误差小；易于大量生产，便于选用，使用和校准方便，并适用于近测、遥测。   

（2）电阻式应变传感器振动测量  将被测非电量（如位移、应变、振动、温度、湿度、气体浓度等）的变化转

换成导电材料的电阻变化的装置，称为电阻式传感器。它是将非电量的变化量， 利用电阻元件，变换成有一定关系的电阻值的变化，再通过电子测量技术对电阻 值进行测量，从而达到对上述非电量测量的目的。 

    电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感 器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上 时,弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化,通过转换电路将其转变成电 量输出,电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前测 量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。