1. 原理：壓電效應

壓電式壓力傳感器的基于壓電效應（Piezoelectric Effect），即某些特定材料（如石英、鋯鈦酸鉛PZT、聚偏氟乙烯PVDF等）在機械應力作用下發(fā)生形變時，內部晶格結構產(chǎn)生電荷分離，從而在材料表面生成與外力成正比的電荷信號。這一效應具有動態(tài)響應特性，因此壓電傳感器更擅長測量快速變化的壓力，而非靜態(tài)壓力。

2. 關鍵結構與組成

壓電元件：通常由單晶（如石英）或多晶陶瓷（如PZT）制成，負責將壓力轉換為電荷。石英穩(wěn)定性高但靈敏度低，PZT靈敏度高但需防潮。

電極層：在壓電材料兩側鍍金屬電極（如銀、鎳），用于收集電荷。

信號調理電路：因壓電元件輸出阻抗極高，需配套電荷放大器或電壓放大器將微弱電荷轉換為可測電壓信號。

機械結構：包括剛性殼體、壓力膜片（傳遞外力）及預緊組件（確保壓電元件始終受預壓應力，避免拉應力損壞）。

3. 技術特點

高頻響應：固有頻率可達kHz以上，適用于爆炸沖擊、發(fā)動機燃燒等瞬態(tài)壓力測量。

自供電性：無需外部電源即可產(chǎn)生信號，但靜態(tài)測量時電荷易泄漏，需配合低漏電電路。

環(huán)境敏感性：溫度變化可能引發(fā)熱釋電效應（如PZT），需溫度補償設計；潮濕環(huán)境需密封防極化失效。

4. 典型應用場景

航空航天：噴氣發(fā)動機燃燒室壓力監(jiān)測、飛行器氣動載荷測試。

工業(yè)自動化：注塑機熔體壓力監(jiān)控、液壓系統(tǒng)脈沖檢測。

科研領域：爆轟波壓力測量、聲學換能器設計。

醫(yī)療設備：超聲波探頭中的壓電陣列（反向利用逆壓電效應）。

5. 局限性

靜態(tài)測量受限：電荷易通過外部電路泄漏，長時間靜態(tài)校準困難。

溫度干擾：壓電常數(shù)隨溫度變化，高溫環(huán)境（如>300℃）需選用特殊材料（如鈮酸鋰）。

成本與復雜度：高靈敏度型號需精密信號處理，整體成本高于應變式傳感器。

6. 前沿發(fā)展

復合材料優(yōu)化：納米壓電纖維（如ZnO納米線）提升靈敏度和柔性。

MEMS集成：微型化壓電傳感器芯片，用于可穿戴設備或微流體控制。

自供能傳感：利用環(huán)境振動能量收集，實現(xiàn)無源無線監(jiān)測。