压电传感器应用举例——双向传感器、三向力传感器

 双向力传感器基本用于测量垂直分离Fz与切向分力Fx或Fy，以及测量互相垂直的两个切向分力，即Fx和Fy。无论哪一种测量，传感器的结构形式相似。图10-15所示为双向压电石英晶片的力传感器的结构。

 图中两组石英晶片分别测量两个分力：下面一组采用xy（x0℃）切型，通过d11实现力-电转换，测量轴向力Fz；上面一组采用xy（x0℃）切型，晶片厚度方向为y轴方向，在平行于x轴剪切应力σ6（在xy平面内）的作用下，产生厚度剪切变形。所谓厚度剪切变形是指晶体受剪切应力的面与产生电荷的面不共面，如图10-15b所示。这一组石英晶体通过d₂₆实现力-电转换来测量Fy。

 三向力传感器

图10-16a为YDS-Ⅲ79B型压电式三向力传感器结构。压电组件为三组双晶片石英叠成并联方式，它可以采用测量空间任一个或三个方向的力。三组石英晶片的输出极性相同。其中一组取xy（x0℃）切型晶片，利用厚度压缩纵向压电效应d₁₁来实现力-电转换，测量主轴切削力Fz；另外两组采用厚度剪切变形的xy（x0℃）切型晶片。利用剪切压电系数d₂₆来分别测量Fy和Fx，如图10-16c所示。由于Fy和Fx正交，这两组晶片安装时应使其最大灵敏轴分别取向x和y方向。