图8 电荷放大器
如果忽略电阻Ra、Ri及Rf的影响，则输入到放大器的电荷量为Qi=Q-Qf,
Qf?(Ui?U0)Cf?(?而
U0U?U0)Cf??(1?A)0CfAA式中，A为开环放大系数。
UUU所以有： ?0(Ci?Cc?Ca)?Q?[?(1?A)0Cf]?Q?(1?A)0CfAAA
?AQU0?故放大器的输出电压为 Ci?Cc?Ca?(1?A)Cf
Ci?Cc?Ca时，放大器输出电压可以表示为: 当A>>1，而(1+A)Cf>>
U0??QCf电荷放大器常作为压电传感器的输入电路，由一个反馈电容Cf 和高增益运算放大器构成。在电荷放大器中，输出电压Uo 与连接电缆电容Cc 无关，而与电荷量Q 成正比，这是电荷放大器的突出优点，这对信号的测量很方便，因此，电荷放大器被广泛地应用于压电传感器的测量电路中。
四．总结 4.1工程中应用
压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。因此应用领域广泛：电声学，生物医学和工程力学等等。它能测量发动机里面的内燃压力，也能够应用在军事方面。它可以测量在膛中枪炮子弹在发射的那一刻，膛压的改变量和所受到的冲击波压力。它能够测量很小的压力，也能测量大的压力。由于它的使用寿命长，重量较轻，体积较小，结构简单，因此它所涉及的领域远不止这些。在建筑物、桥、汽车和飞机等的冲击和震动的测量，也是非常广泛的。特别在航空领域里，它有着特殊的地位。
玻璃破碎报警器
该报警器利用压电陶瓷对振动敏感的特性来接收玻璃受撞击和破碎时产生的振动波，并以此来触发报警系统发出“抓贼呀—”喊声，可广泛用在保管文物、贵重金饰和其它商品柜台等场合。 电路原理：
玻璃破碎报警器的电路见图9。压电陶瓷片B将碎发的振动信号或响声转换成电信号，这个极其微弱的电信号经过由三极管VT1和VT2构成的直耦式放大器放大后，利用C2从VT2的集电极上取出放大信号，然后经二极管VD1、VD2倍压整流后使VT3导通。VT3导通后在R4两端产生的压降使单向可控硅VS导通并锁存，于是语言报警喇叭HA通电反复发出“抓贼呀—”喊声。这时，只有按一下SB，方可解除警报声。
图9 玻璃破碎报警器
该装置的电源是由电源变压器T将220V市电降压为12V，经QD全桥整流、C5滤波后供给整机工作。为了防备交流电中断，还增加了12V电池组。这样，当电网停止供电时，G自动续接供电，当电网复电后，G自动停止供电，始终让报警电路处于准备状态，十分实用可靠。 元器件选择与制作：
HA选用LQ46-88D型语言报警喇叭。振动传感器B采用HTD27A-1或FT27型压电陶瓷片（正品），并配用薄形塑料谐振腔即可，它对碎发响声与振动很敏感，而对缓慢变化的声响无效。VS用1A、100V单向可控硅，如MCR 100-1型等。VT1～VT3均用9014或3DG8型硅NPN三极管，要求β>200。VD1～VD3用1N4001型硅二极管。QD用QL-lA/50V整流全桥，亦可用四只1N4001型二极管替代。T选用220V/12V、5W电源变压器，要求长时间轻载运行不发热。G可用普通5号干电池八节串联而成。RP用WH7型微调电阻器。R1～R4均用RTX-1/8W型碳膜电阻器。
C1、C2和C3均用CD11-16V型电解电容器，C4用CT1型瓷介电容器，C5用CD11-25V型电解电容器。SB用普通常闭型自复位按钮开关，亦可用KWX型微动开关代替。B在具体安装时，为了迷惑外人，可在玻璃橱窗内帖上一些装饰画或字，将B用强力胶粘贴在装饰画或字上，使人从外面看不出里面安有报警装置，然后用两根细导线将B接至主机上去。调整RP阻值，可以微调信号放大器的增益，使报警器的灵敏度合乎使用环境要求。 压电式测力传感器
压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器，在拉、压场合，通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大，测量范围宽，线性及稳定性高，动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时，可测量准静态力。按测力状态分，有单向、双向和三向传感器，它们在结构上基本一样。
图10 压电式单向测力传感器的结构图
上图所示为压电式单向测力传感器的结构图。传感器用于机床动态切削力的测量。绝缘套用来绝缘和定位。基座内外底面对其中心线的垂直度、上盖及晶片、电极的上下底面的平行度与表面光洁度都有极严格的要求，否则会使横向灵敏度增加或使片子因应力集中而过早破碎。为提高绝缘阻抗，传感器装配前要经过多次净化（包括超声波清洗），然后在超净工作环境下进行装配，加盖之后用电子束封焊。
压电式压力传感器的结构类型很多，但它们的基本原理与结构仍与压电式加速度
和力传感器大同小异。突出的不同点是，它必须通过弹性膜、盒等，把压力收集、转换成力，再传递给压电元件。为保证静态特性及其稳定性，通常多采用石英晶体作为压电元件。 压电式加速度传感器
图11 压缩式压电加速度传感器的结构原理图
图11所示为压缩式压电加速度传感器的结构原理图，压电元件一般由两片压电片组成。在压电片的两个表面上镀银层，并在银层上焊接输出引线，或在两个压电片之间夹一片金属，引线就焊接在金属片上，输出端的另一根引线直接与传感器基座相连。在压电片上放置一个比重较大的质量块，然后用一硬弹簧或螺栓、螺帽对质量块预加载荷。整个组件装在一个厚基座的金属壳体中，为了隔离试件的任何应变传递到压电元件上去，避免产生假信号输出，所以一般要加厚基座或选用刚度较大的材料来制造。
测量时，将传感器基座与试件刚性固定在一起。当传感器感受到振动时，由于弹簧的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小，因此质量块感受到与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力作用。这样，质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应，因此在它的两个表面上就产生了交变电荷（电压），当振动频率远低于传感器固有频率时，传感器的输出电荷（电压）与作用力成正比，即与试件的加速度成正比。输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，就可以测出试
件的振动加速度或位移。
压电加速度传感器在使用中最主要的三项指标为：a电荷灵敏度（或电压灵敏度）、b谐振频率（工作频率在谐振频率1/3以下）、c最大横向灵敏度比。
由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路将信号输给指示仪表或记录器。 4.2压电式传感器的发展趋势：
当今世界各国压电式传感器的研究领域十分广泛，归纳起来主要有以下几个趋势。（1）小型化。小型化会带来很多好处，重量轻、体积小、分辨率高，便于安装在很小的地方对周围器件影响小，也利于微型仪器、仪表的配套使用。（2）集成化。压力传感器已经越来越多的与其它测量用传感器集成以形成测量和控制系统，集成系统在过程控制和工厂自动化中可以提高操作速度和效率。（3）智能化。由于集成化的出现，在集成电路中可添加一些微处理器，使得传感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。（4）系统化。单一化产品在市场上没有大的竞争力。市场风云突变，一旦失去市场，发展则停滞不前，经济效益差，资金浪费大，产品成本高。（5）标准化。传感器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。如 IEC、ISO 国际标准，美国的 ANSIC、ANSC、MIL-T 和 ASTME 标准，日本 JIS 标准，法国 DIN 标准等。