本文介绍了压电传感器背后的一些理论，并介绍了在设计传感器系统时可以使用的等效电路。
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由于其在产生高精度定时信号中的作用，我们大多数人都熟悉压电效应。在这个时刻，无数的电子设备正在由围绕石英晶体构建的振荡器电路提供时钟。然而，石英仅是表现出压电行为的许多材料中的一种，并且压电元件的功能不限于产生时钟信号。
压电效应
我不想详述压电的物理学; 这是一个广泛的主题，相关信息部分（上面）中列出的第二篇文章提供了一个很好的介绍。底线是压电效应是机械世界和电气世界之间的桥梁。
您可以将所有类型的物理力施加到晶体管，LED，电阻器等，这样做您不可能产生任何有用的功能。压电器件是例外。它们的电气行为以可预测的方式响应机械应力，聪明的人发现了将这种现象融入技术世界的各种方法。
在压电材料中，如该图所示，晶体结构的物理变形导致材料产生电荷。
压电传感器
“换能器”一词通常指的是在物理领域和电气领域之间进行转换的设备。词源可能有助于你记住其含义：在拉丁语ducere中意为“引导”，而trans意味着“跨越，超越，在另一方。”因此，传感器可以引导信号穿过边界，例如，电气变化的机械变化。
换能器不一定是传感器。严格来说，电动机或螺线管是换能器，因为它将电信号转换成机械运动。然而，在我看来，“换能器”一词主要用于描述将物理量转换为电信号的装置，即传感器。
当我们考虑压电效应的性质时，压电器件可以用作力传感器就不足为奇了：压电材料的使用允许换能器以可靠和可预测的方式响应由施加的力引起的机械应力，或通过压力或加速度（两者都与力有关）。
压电传感器的建模
产生电荷
我们可能会认为压电是将机械应力转换为电压的效应，但在我看来，更精确的解释如下：压电传感器响应机械应力产生电荷。施加到压电材料的力与产生的电荷量之间的数学关系由d表示的系数控制，并以库仑每牛顿表示。（该值的一个名称是“压电电荷常数”，但至少使用三个不同的术语;我将其称为“系数”或“压电系数”。）因此，如果压电材料具有系数每牛顿200皮克库姆，它将产生200×10 -12 响应施加1牛顿力的电荷库仑。
标准电路图不包括“电荷源”; 两个选项是电压源和电流源。幸运的是，我们可以根据压电传感器产生的电荷轻松创建电流源。
首先，我们需要回想一下，电流（安培）是每秒流过电路给定部分的电荷量（以库仑计）。如果我们将这种说法翻译成数学语言，我们可以说当前是变化率 - 即费用的衍生物：
其次，我们必须认识到压电传感器产生的电荷不是固定的。如果设备连接到电路，则该电荷将移动并因此变为电流。这意味着我们可以使用电流源对压电器件进行建模，电流值等于电荷的导数。
纳入电容
由压电材料产生的电荷通过两个电极引入电路。由此产生的物理配置是这样的：
如您所见，电极形成一个电容器，这个电容成为器件等效电路的组成部分：
关于电容电路中电压和电流之间的关系以及更为深入的讲解，请打开下面链接进行查看：https://www.eetoday.com/application/control/201904/73449.html
结论
我们已经在电子传感器装置的背景下讨论了压电现象，并且我们看到压电装置可以由与电容器并联的电流源或者与电容器和电阻器并联的电流源来表示。在下一篇文章中，我们将介绍一种运算放大器拓扑，它提供了一种放大压电传感器信号的有效方法。
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