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piezoelectric transducer，piezoelectric sensor
定義：將被測量變化轉換成材料受機械力作用產生靜電電荷或電壓變化的傳感器。
學科：機械工程_機械測量與控制_機械傳感器
相關名詞：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處、更微觀物體的形貌。力的相互作用、物體間的相對運動，是生產生活中常見的現(xiàn)象，力和加速度是描述和表征這種關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。
壓電效應真正被人們重視，源于一戰(zhàn)后期。為了準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生器與接收器成為研究熱點。但壓電傳感器產生的是電荷，容易泄漏損失，曾經有一段時間讓人們又欣喜又遺憾。20世紀40年代后期，以阻抗變換和電荷放大、電壓放大技術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具有的特性，越來越被人們青睞，應用越來越廣泛。
壓電式傳感器通常由晶片、電極片、防護殼體、傳力結構以及引線接口構成。核心材料——晶片是基于壓電效應的單晶或多晶晶體，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生的電荷；多片晶片和電極構成晶組，殼體用來容納和定位晶組、提供內部布線空間，防止外部電磁輻射影響傳感器；傳力結構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)標準接插口。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。壓電傳感器因其結構緊湊、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。壓電傳感器技術是一門集機械工程、傳感器技術、人工智能等多學科為一體的綜合技術。
壓電傳感器應用在機械制造、航空航天、教學科研等諸多領域，其典型應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)動機推力測量、長期工作設備運維需要的加速度監(jiān)測、大型構件制造中重載瞬態(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實力也持續(xù)增強。隨著智能制造技術、機器人技術的發(fā)展，重大型號工程的需求，國產核心壓電傳感器產品市場占有率持續(xù)增大，在很多核心和關鍵領域發(fā)揮了重要作用。
（延伸閱讀作者：大連理工大學機械工程學院教授 張軍）
責任編輯：張鵬輝
