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電荷傳感器
概念：當受到機械力（壓電效應）或溫度變化（熱電效應）的刺激時，電荷傳感器在其表面產生符號相反的相等電荷。
等效圖：壓電、熱電傳感器可通過以下等效圖之一建模：
戴維南等值圖：
電動勢e＝Q/C0與電容器C0串聯(lián)。
戴維南.png
諾頓等效圖：
電流源i＝dq/dt與電容器C0并聯(lián)。
Norton.png
操作模式：當使用壓電-熱電傳感器時，測量信號強烈依賴于實驗條件。可以測量比例信號或其導數。這些操作模式的極限由儀器鏈的截止頻率給出。
信號調節(jié)
直接連接：通過將傳感器直接連接到放大器、示波器或DAC（數據采集卡），必須記住，外部阻抗可能會對要測量的信號產生關鍵影響。為了確定所述影響，相關阻抗（來自傳感器、電纜和測量儀器輸入）建模如下：
sensor.png直接連接的等效圖
傳感器直接連接的等效圖
對該圖的進一步分析顯示了高通濾波器的行為，其截止頻率由下式給出：
方程高通濾波器.png
當f>>fc時，測量信號與產生的電荷成正比：
當f
Vin f和supp fc的等式。png等式Vin f inf fc.png
電荷傳感器
為了大幅限制外部阻抗的影響，建議使用電荷傳感器。工作原理基于使用外部電容器C來存儲產生的電荷。電荷轉換器也可以稱為電荷電壓轉換器。
電荷放大器.png
電荷電壓傳感器的實際實現
如圖所示，我們認為運算放大器是理想的。其輸入之間的差分電壓為零，因此傳感器產生的電流i被驅動至反饋電容器C。為了防止寄生影響導致輸出飽和，必須在反饋電容器上添加并聯(lián)電阻器R。
這種電路具有高通濾波器特性，其截止頻率由下式給出：
方程式fc電荷傳感器.png
當f>>fc時，測得的信號與產生的電荷成正比：當f
由施加的電場引起的變形可由簡單公式定義：
Si＝d3i.E
哪里：
Si=Δxi/xi=ΔL/L表示樣品在xi方向上的應變（相對變形）
d3i是壓電應變常數（在與施加電場垂直的方向上）
變形方案.png
具有以下特性的元件示例：
長度：l=1厘米
寬度：w=2mm
厚度：t=9µm
施加電壓：V=200 V→ E（電場）=V/t
（d31，d32，d33）=（11，10，-30）pC.N-1
壓電應變常數d由下式給出：
d=應變發(fā)展/應用場=S/E
例如，應變生成.png
傳感器：數量級，電壓產生
由施加的力引起的電場輸出（E）可由以下公式定義：
E=gijσi
哪里：
σi是施加的機械應力（N.m-2）
gij是壓電電壓常數（Vm.Nm-2）
g=產生/施加的電場機械應力=E/σ
其中g＝d/ε＝d/ωrε0
Sensor scheme.png
具有以下特性的元件示例：
長度：l=2厘米
寬度：w=2厘米
厚度：t=100µm
壓縮0.1巴→ σ=-10000 N.m-2
（g31，g32，g33）=（216，19，-339）*10-3-Vm.Nm-2
E=V0/t=g33.σ3
V0=g33.σ3.t=339 mV
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