壓電式加速度傳感器的傳感元件為壓電晶體。若沿壓電晶體的極化方向施加一外力使其變形,則壓電晶體內(nèi)部發(fā)生極化,受力的兩端面出現(xiàn)極性相反的電荷,若撤去外力,則壓電晶體恢復到初始狀態(tài),這就是正壓電效應。若沿壓電晶體的極化方向施加一電場,則壓電晶體出現(xiàn)變形,若撤去電場,則壓電晶體恢復到初始狀態(tài),這就是逆壓電效應。壓電式加速度傳感器就是利用了壓電晶體的正壓電效應,將機械能轉(zhuǎn)換為電能,從而實現(xiàn)對振動加速度信號的測量。
壓電式加速度傳感器常見的結(jié)構(gòu)形式有中心壓縮式、環(huán)形剪切式、三角剪切式。測量被測對象振動大小時,需選擇測點并將加速度傳感器安裝牢靠。將壓電式加速度傳感器的壓電晶體看作理想彈性體,忽略壓電晶體與殼體之間連接膠層的質(zhì)量,只考慮膠層的阻尼系數(shù),并將壓電式加速度傳感器一端簡化為自由端、一端簡化為固定端,則可得到其工作時的力學簡化模型,力學簡化模型如圖1所示。壓電式加速度傳感器的振動方程為mx2+cx1+kx=F(t)
式中: m為壓電晶體的質(zhì)量kg;c為膠層的阻尼系數(shù)N·s /m;k為壓電晶體的剛度系數(shù)N/m;x為壓電晶體的位移m;x1為壓電晶體的速度m/s;x2為壓電晶體的加速度m/s2;F(t)為作用于壓電式加速度傳感器的外力N。