為了產(chǎn)生有用的輸出信號(hào)，我們的傳感器依賴于壓電效應(yīng)。(“Piezo”是希臘語(yǔ)，意思是“擠壓”。)當(dāng)壓電元件受到外力拉緊時(shí)，移位的電荷積聚在相對(duì)的表面上。圖1示出了由于天然壓電石英晶體中晶格偏轉(zhuǎn)引起的電荷位移。較大的圓圈代表硅原子，而較小的圓圈代表氧氣。結(jié)晶石英，無(wú)論是天然的還是高品質(zhì)的再加工形式，都是***靈敏，***穩(wěn)定的壓電材料之一。

　　除石英晶體外，PCB還采用人造，多晶，壓電陶瓷。這些材料通過(guò)施加大電場(chǎng)而被迫變成壓電，產(chǎn)生極高的電荷輸出。該特性非常適合用于低噪聲測(cè)量系統(tǒng)。表1中列出了其他優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)，其中示出了每種壓電材料的比較。

　　壓電傳感器中可以使用許多不同尺寸和形狀的壓電材料。作為真正的精密彈簧，圖2中所示的不同元件配置提供各種優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。(紅色表示壓電晶體，而箭頭表示材料是如何受壓的。加速度計(jì)通常具有以灰色表示的震動(dòng)質(zhì)量。下一節(jié)將給出更完整的傳感器結(jié)構(gòu)描述。)壓縮設(shè)計(jì)具有高剛性，使其可用于高頻壓力和力傳感器。它的缺點(diǎn)是它對(duì)熱瞬態(tài)有些敏感。彎曲設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性被其窄頻率范圍和低過(guò)沖生存能力所抵消。

　　圖2：材料配置

　　剛度值大約為15E6 psi(104E9 N / m2)，與許多金屬類似，壓電材料產(chǎn)生高輸出且應(yīng)變非常小。換句話說(shuō)，壓電傳感元件基本上沒(méi)有偏轉(zhuǎn)并且通常被稱為固態(tài)器件。正是由于這個(gè)原因，壓電傳感器非常堅(jiān)固，并且在寬幅度范圍內(nèi)具有出色的線性度。實(shí)際上，當(dāng)與適當(dāng)設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)節(jié)器耦合時(shí)，壓電傳感器通常具有大約120dB的動(dòng)態(tài)幅度范圍(即：***大測(cè)量范圍與噪聲比)。這意味著單個(gè)加速度計(jì)可以測(cè)量低至0.0001 g至高達(dá)100 g的加速度水平!

　　關(guān)于壓電材料的***后一個(gè)重要注意事項(xiàng)是它們只能測(cè)量動(dòng)態(tài)或變化的事件。壓電傳感器不能測(cè)量連續(xù)靜態(tài)事件，如慣性制導(dǎo)，氣壓或重量測(cè)量的情況。靜態(tài)事件將導(dǎo)致初始輸出，此信號(hào)將根據(jù)壓電材料或連接的電子時(shí)間常數(shù)緩慢衰減(或消失)。該時(shí)間常數(shù)對(duì)應(yīng)于一階高通濾波器，并且基于器件的電容和電阻。該高通濾波器***終決定了器件的低頻截止或測(cè)量極限。