加速度传感器和压电式传感器应用
压电式压力传感器原理及应用
压电式压力传感器原理及应用自动化研1302班王民军压电式压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。
而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也叫压电式压电传感器。
压电式压力传感器可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。
也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。
它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。
一、压电式传感器的工作原理1、压电效应某些离子型晶体电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。
当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。
压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。
2、压电式压力传感器的特点压电式压力传感器是基于压电效应的传感器。
是一种自发电式和机电转换式传感器。
它的敏感元件由压电材料制成。
压电材料受力后表面产生电荷。
此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。
压电式压力传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压力传感器、加速度计)。
压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。
由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系：Q=k*S*p。
式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。
通过测量电荷量可知被测压力大小。
压电式压力传感器的工作原理与压电式加速度传感器和力传感器基本相同，不同的是弹性元件是由膜片等把压力转换成集中力，再传给压电元件。
为了保证静态特性及稳定性，通常多采用压电晶片并联。
在压电式压力传感器中常用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷，其中石英晶体应用得最为广泛。
二、压电压力传感器等效电路和测量电路在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷，也有用高分子材料(如聚偏二氟乙稀)或复合材料的合成膜的。
压电式传感器的工作原理和应用
压电式传感器的工作原理和应用1. 压电式传感器的工作原理压电式传感器是一种基于压电效应的传感器，利用压电材料的压电效应将机械能转化为电能。
压电效应是指某些晶体在受到压力或振动时会产生电荷，并且这种电荷与压力或振动的大小成正比。
常用的压电材料包括石英、陶瓷等。
这些材料具有特殊的晶体结构，使得在压力或振动作用下，晶格发生畸变，从而使晶体表面产生电荷。
压电式传感器通常由压电材料、电极和支撑结构组成。
当外力施加在压电材料上时，压电材料发生形变，导致电荷的积累。
电极将电荷收集，并通过导线传输到测量电路中。
2. 压电式传感器的应用2.1 压力传感器压力传感器是压电式传感器的一种常见应用。
由于压电材料对压力具有敏感性，因此可以将压电材料作为传感器的敏感元件，用于测量各种介质的压力。
压力传感器广泛应用于工业控制、医疗设备、环境监测等领域。
例如，在工业控制中，压力传感器可用于监测液体或气体的压力，从而实现对设备状态的监测和控制。
在医疗设备中，压力传感器可用于血压监测、呼吸机控制等应用。
2.2 加速度传感器加速度传感器是另一种常见的压电式传感器应用。
加速度传感器用于测量物体在运动过程中的加速度。
当物体受到加速度时，压电材料会发生振动，并产生电荷信号，通过测量电荷信号的大小可得到物体的加速度。
加速度传感器在车辆安全、航空航天、工程结构监测等领域有着广泛的应用。
例如，汽车中的车辆稳定系统会使用加速度传感器监测车辆的倾斜角度和加速度，以实现提高行驶安全性能。
2.3 声音传感器压电式传感器还可以用作声音传感器。
当声波通过压电材料时，材料内的晶体结构会发生振动，从而产生电荷信号。
通过测量这种电荷信号的大小，可以实现对声音的测量和分析。
声音传感器在声学测量、语音识别、噪音控制等领域有广泛的应用。
例如，在噪音控制系统中，声音传感器可以用于捕捉环境噪音信号，并通过控制系统反馈，实现噪音的消除或降低。
3. 总结压电式传感器利用压电效应将机械能转化为电能，以实现对外界力的测量。
常用传感器的工作原理及应用
常用传感器的工作原理及应用传感器是一种能够将非电量转化为电信号的设备，它可以检测和测量环境中的各种物理量和化学量，如温度、湿度、压力、光照、声音等。
传感器的应用范围非常广泛，包括工业生产、医疗保健、通信技术、农业、环境监测等领域。
下面将对一些常用的传感器的工作原理及应用进行介绍。
1.温度传感器温度传感器广泛应用于生活和工业生产中，常见的应用包括恒温控制、空调系统、电子设备散热等。
温度传感器的工作原理基于热电效应或热敏电阻效应。
例如，热电偶是利用两种不同金属的热电势发生变化的原理，将温度转化为电压信号。
2.压力传感器压力传感器主要用于测量气体或液体的压力，应用范围很广，包括汽车、航空航天、石油化工、环境监测等。
常见的压力传感器有压力变送器、压力传感膜片等。
工作原理主要是根据杨氏模量或电容变化来测量压力变化。
3.湿度传感器湿度传感器用于测量空气中的湿度，通常用于室内环境控制、气象观测、农业生产等。
湿度传感器的工作原理主要是利用湿度变化对传感器表面的电容或阻抗产生影响，从而测量湿度值。
4.光照传感器光照传感器用于测量环境中的光照强度，广泛应用于智能家居、自动照明、安防监控等领域。
常见的光照传感器有光敏电阻、光敏二极管等。
它们的工作原理依赖于光的照射对其电阻或电流产生变化。
5.声音传感器声音传感器用于检测环境中的声音信号，常用于安防监控、噪声控制、语音识别等。
声音传感器一般采用麦克风作为接收器，通过将声音信号转化为电信号进行测量和分析。
6.加速度传感器加速度传感器通常用于测量物体的加速度或振动，广泛应用于汽车、航空航天、体育运动设备等。
加速度传感器的工作原理有多种，包括电容式、压电式、电感式等。
例如，压电加速度传感器利用压电材料的压电效应，将物体的加速度转化为电荷量的变化。
总而言之，传感器是现代科技中不可或缺的一部分，它们通过检测和测量环境中的各种物理量和化学量，为我们提供了大量的信息和数据。
这些传感器的工作原理多种多样，但核心目标都是将非电量转化为电信号。
压电式传感器的原理及应用
压电式传感器的原理及应用压电式传感器是一种应用了压电效应的传感器，通过将压电材料置于受力区域，当被测物体发生变形或受力时，压电材料发生形变，从而产生电荷信号，利用该信号来测量被测量的变化情况。
一、压电效应的原理压电效应是一种物理现象，指在压力或拉伸下，某些晶体（通常是晶体的极性方向）会产生电位差。
这种效应被广泛应用于各种传感器中，特别是在加速度计、其它惯性传感器、压力传感器和液位传感器等方面。
二、压电式传感器的原理压电式传感器通常由压电晶体和测量电路组成。
当被测物体发生形变或受力时，压电材料中的极性方向的晶体产生压电效应，导致产生电荷的位移，并与电荷电容匹配的放大器或其他电路连接。
由于被测量的变化（压力，成形，位移等）与电荷位移之间存在特定关系，所以可以根据电荷电荷读数来确定被测物体发生变化的精确程度。
三、压电式传感器的应用由于压电效应具有高灵敏度、高频响应、耐腐蚀、抗干扰等优点，压电式传感器在各种领域得到广泛应用。
1.压力测量：压电式传感器常用于压力传感器的制造，用于测量汽车轮胎、气缸、油压和空气压力等。
2.振动测量：压电式传感器还可以用于测量机器和车辆的振动水平，以便定位有问题的部件。
3.流量测量：压电式传感器在流量测量中应用广泛，例如在医疗方面测量血流，工业方面可以应用于计算液体的流量。
4.力学测试：压电式传感器的高灵敏度和高频响应特性，在体育、自然科学和工程学中用于测量冲击、震动和变形等量。
5.地震观测：压电式传感器还可以用于地震观测，以便在监测过程中测量地震的振动率。
压电式传感器在上述应用领域中具有重要作用，并与其他类型的传感器如压阻式传感器、光电式传感器、磁性传感器等合作，实现了各种领域的数据测量工作，体现了良好的应用前景。
常用式传感器的原理和应用
常用式传感器的原理和应用1.温度传感器：原理：温度传感器是通过测量物体的热量来确定其温度的。
常见的温度传感器有热敏电阻、热电偶和红外传感器等。
应用：温度传感器广泛应用于气候控制、温度监控、医疗设备、食品加工和汽车等领域。
2.湿度传感器：原理：湿度传感器是通过测量空气中水分含量来确定湿度的。
常见的湿度传感器有电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器等。
应用：湿度传感器广泛应用于气象、农业、环境监测、工业生产和电子设备等领域。
3.压力传感器：原理：压力传感器是通过测量物体受力大小来确定压力的。
常见的压力传感器有压阻式传感器、压电传感器和电容式传感器等。
应用：压力传感器广泛应用于工业自动化控制、汽车工业、航空航天、医疗设备和气候监测等领域。
4.光电传感器：原理：光电传感器是通过光电效应将光信号转化为电信号的传感器。
常见的光电传感器有光敏电阻、光电二极管和光电三极管等。
应用：光电传感器广泛应用于自动门、光电开关、光电编码器和光电计数器等领域。
5.位移传感器：原理：位移传感器是通过测量物体位置的变化来确定位移的。
常见的位移传感器有光电编码器、电感式传感器和激光测距传感器等。
应用：位移传感器广泛应用于机械工业、机器人、航空航天、自动化生产和测量仪器等领域。
6.加速度传感器：原理：加速度传感器是通过测量物体所受加速度的依据，从而确定物体的运动状态。
常见的加速度传感器有微机电系统（MEMS）加速度传感器和压电传感器等。
应用：加速度传感器广泛应用于汽车工业、智能手机、电子游戏、航空航天和体育健身等领域。
7.气体传感器：原理：气体传感器是通过测量空气中特定气体浓度来确定气体的种类和浓度。
常见的气体传感器有电化学传感器、红外传感器和半导体传感器等。
应用：气体传感器广泛应用于环境监测、工业生产、气体检测和安全防护等领域。
8.声音传感器：原理：声音传感器是通过测量声压水平来确定声音的强度和频率。
常见的声音传感器有电容式麦克风传感器和压电传感器等。
压电式力传感器的应用场景
压电式力传感器的应用场景压电式力传感器是一种常用于测量力的传感器，具有灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻等特点。
由于其优越的性能和广泛的应用领域，压电式力传感器在工业、医疗、航空航天等领域有着广泛的应用。
1. 工业自动化在工业自动化领域，压电式力传感器可以用于测量机械设备的力学特性，例如测量机械臂的扭矩、压力、力量等参数。
通过实时监测这些参数，可以对机械设备进行精确控制，提高生产效率和产品质量。
2. 汽车行业压电式力传感器在汽车行业的应用非常广泛。
例如，在汽车制动系统中，可以使用压电式力传感器来测量制动踏板的力度，从而实现对刹车系统的精确控制。
另外，压电式力传感器还可以用于测量引擎输出的扭矩和功率，以及车辆的加速度和行驶速度等参数。
3. 医疗设备在医疗设备中，压电式力传感器被广泛应用于各种测量和监测系统中。
例如，在手术中，可以使用压电式力传感器来测量手术器械的握力，以确保手术的精确性和安全性。
此外，压电式力传感器还可以用于测量患者的呼吸、心跳等生理参数，以监测患者的健康状况。
4. 航空航天在航空航天领域，需要对飞机、火箭等飞行器的各种力学参数进行准确测量。
压电式力传感器可以用于测量飞行器的气动力、推力、重力等参数，从而为飞行器的设计和控制提供重要的数据支持。
此外，压电式力传感器还可以用于测量航天器的姿态变化和振动特性等。
5. 智能手机和电子设备压电式力传感器在智能手机和其他电子设备中也有着广泛的应用。
例如，智能手机的触摸屏和按键部分常常使用压电式力传感器来实现用户的触摸输入。
此外，压电式力传感器还可以用于测量电池的充电状态、设备的重量和压力等参数。
压电式力传感器具有广泛的应用场景，在工业、医疗、航空航天和电子设备等领域发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步和创新，压电式力传感器的应用将会越来越广泛，为各个领域的发展和进步提供更加可靠和精确的力学测量。
常用传感器及工作原理及应用
常用传感器及工作原理及应用传感器是指能够将其中一种感知量变换成电信号或其他可以辨识的输出信号的装置。
它们广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗器械、汽车电子、智能家居以及移动设备等各个领域。
本文将介绍一些常用传感器的工作原理及应用。
1.温度传感器温度传感器用于测量环境的温度。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和半导体温度传感器。
热电偶通过两个不同金属之间的温差来产生电压，热电阻则利用温度对电阻的敏感性来测量温度，而半导体温度传感器则利用半导体材料的特性来测量温度。
温度传感器广泛应用于气象观测、工业生产过程中的温度控制和家电中的温度监测等领域。
2.光敏传感器光敏传感器可以测量光的强度和光的频率。
常见的光敏传感器有光敏电阻、光敏二极管和光敏晶体管。
光敏电阻根据光照的强弱改变电阻值，光敏二极管和光敏晶体管则根据光照的强弱改变电流值。
光敏传感器广泛应用于照明控制、安防监控和光电设备等领域。
3.声音传感器4.湿度传感器湿度传感器可以测量环境中的湿度。
常见的湿度传感器有电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器。
电容式湿度传感器利用电容的变化来感应湿度，电阻式湿度传感器则是利用湿度对电阻的敏感性来感应湿度。
湿度传感器广泛应用于气象观测、室内湿度控制和农业领域等。
5.加速度传感器加速度传感器可以测量物体的加速度。
常见的加速度传感器有压电式加速度传感器和微机械式加速度传感器。
压电式加速度传感器利用压电效应来感应加速度，微机械式加速度传感器则是利用微机械结构的变化来感应加速度。
加速度传感器广泛应用于汽车电子、智能手机以及航空航天领域等。
总的来说，传感器在现代社会中扮演着重要的角色，广泛应用于各个领域。
通过测量和感应物理量，传感器能够实现自动化控制、环境监测和智能化等功能，为社会的发展和人们的生活带来了便利和效益。
压电式传感器及其应用
压电式加速度传感器及其应用一、压电式加速度传感器原理压电式加速度传感器又称压电加速度计。
它也属于惯性式传感器。
它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
加速度传感器是一种惯性传感器,它能感受加速度并转换成可用输出信号，被广泛用于航空航天、武器系统、汽车、消费电子等。
实际电路图如下：二、压电式加速度传感器构成元件预压弹簧压电元件外壳质量块基座常用的压电式加速度计的结构形式如图所示，是由预压弹簧，质量块，基座，压电元件和外壳组成。
图中为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。
由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。
三、压电式加速度传感器的实际应用加速度传感器应用范围广泛，一般来讲它有六种检测感应功能：倾斜度检测、运动检测、定位检测、震动检测、振动检测和自由落下检测。
(一)倾斜度检测加速度传感器水平放置时，在重力作用下经激励有一定幅度的输出，当与重力方向有倾角时，传感器信号输出幅度会有所变化，对两种状态下信号输出进行比较计算可推算出倾斜角的大小，应用双轴、三轴加速度传感器就可测出任意倾斜角的大小和方向。
利用加速度传感器测量倾斜度的这种检测感应功能，加速度传感器可应用于倾斜仪、倾斜度侦测电子罗盘、图像旋转、文本滚动浏览／用户界面、LCD投影和物理治疗法等方面。
飞思卡尔半导体公司推出的MMA7260Q三轴加速度传感器是用于倾角测量的典型应用之一，它以重力为输入矢量来决定物体在空间的姿态。
把加速度传感器固定于物体的水平面上，当物体姿态改变时，加速度传感器的敏感轴随之转动一定角度，由于重力的作用，传感器敏感轴上的加速度会发生改变，因此可通过测量加速度的变化来反映物体姿态的变化。
(二) 运动检测在进行运动检测时，需要考虑几个因素：如何计算它的位移，g 值的范围选择及使用量测轴。
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加速度传感器及压电式传感器应用摘要：加速度传感器是一种惯性传感器,它能感受加速度并转换成可用输出信号，被广泛用于航空航天、武器系统、汽车、消费电子等。
通过加速度的测量，本文简单介绍了加速度传感器的种类、原理及相关应用并着重介绍了压电式加速度传感器。
关键词：加速度，传感器，应用一加速度传感器概况加速度检测是基于测试仪器检测质量敏感加速度产生惯性力的测量，是一种全自主的惯性测量，加速度检测广泛应用于航天、航空和航海的惯性导航系统及运载武器的制导系统中，在振动试验、地震监测、爆破工程、地基测量、地矿勘测等领域也有广泛的应用。
测量加速度，目前主要是通过加速度传感器（俗称加速度计），并配以适当的检测电路进行的，在(1～64)Hz的设备频率下典型的加速度测量范围为(0．1～10)g。
加速度传感器的种类繁多，依据对加速度计内检测质量所产生的惯性力的检测方式来分，加速度计可分为压电式、压阻式、应变式、电容式、振梁式、磁电感应式、隧道电流式、热电式等；按检测质量的支承方式来分，则可分为悬臂梁式、摆式、折叠梁式、简支承梁式等。
多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的，当输入加速度时，加速度通过质量块形成的惯性力加在压电材料上，压电材料产生的变形和由此产生的电荷与加速度成正比，输出电量经放大后就可检测出加速度大小。
下表为部分加速度计的检测方法及其主要性能特点。
型式测量范围灵偏稳定性分辨力特点压电式(5~)g (~)g(~)g固有频率较高，用于冲击及振动测量，大地测量及惯性导航等应变式±(0.5~200)g 低频响应较好，固有频率低，适用于低频振动测量压阻式±(20~)g 灵敏度较高，便于集成化，耐冲击，易受温度影响液浮摆式±(1~15)g (~)g(~)g带力反馈和温控，分辨力高，成本较高，适用于惯性导航石英挠性±(10~30)g (5×~6×)g (~)g高可靠、高稳定、高分辨力、成本较高，适用于惯性导航、运载武器制导及微重力测量振梁式±(20~1200)g (2.5×~)g体积小，重量轻，成本低，可靠性好，适用于战术导弹等制导微机电式±(1~10＾5)g (~10)g(~)g尺寸小，重量轻，成本低，适用于汽车安全防护，战术武器制导和惯性导航部分加速度计的检测方法及其主要性能特点从测量维数上来看，单维的加速度传感器技术比较成熟，绝大多数加速度传感器为一维型(单轴)，而微惯性系统以及其他～些应用场合常常需要双轴或者三轴的加速度传感器来检测加速度矢量，目前市场上有越来越多的产品应用了双轴以及三轴加速度传感器。
如美国美新半导体有限公司(MEMSIC)开发出了用于车身控制的双轴加速度传感器，该产品的特点是没有机械可动部分，而且产品供货后的故障发生率一直控制在一位数多的ppm值。
意法半导体公司推出了一款全新数字信号输出三轴加速传感器LIS331HH，其最大测量值达到24 g，相当于F1赛车在强劲刹车时产生加速度的5倍左右，可在消费电子和工业应用中实现高精确度的测量。
现代科技要求加速度传感器廉价、性能优越、易于大批量生产。
在诸如军工、空间系统、科学测量等领域，需要使用体积小、重量轻、性能稳定的加速度传感器。
以传统加工方法制造的加速度传感器难以全面满足这些要求。
于是应用新兴的微机械加工技术制作的微加速度传感器应运而生。
这种传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。
而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，它的性能价格比很高。
可以预见在不久的将来，它将在加速度传感器市场中占主导地位。
微加速度传感器有压阻式、压电式、电容式等形式。
压阻式应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥，其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。
现代微加工制造技术的发展使压阻形式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适合各种不同的测量要求。
在灵敏度和量程方面，从低灵敏度高量程的冲击测量，到直流高灵敏度的低频测量都有压阻形式的加速度传感器。
同时压阻式加速度传感器测量频率范围也可从直流信号到具有刚度高，测量频率范围到几十千赫兹的高频测量。
超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点。
需要指出的是尽管压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性，但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围一般要小于压电型传感器。
压阻式加速度传感器的另一缺点是受温度的影响较大，实用的传感器一般都需要进行温度补偿。
在价格方面，大批量使用的压阻式传感器成本价具有很大的市场竞争力，但对特殊使用的敏感芯体制造成本将远高于压电型加速度传感器。
电容式电容型加速度传感器的结构形式一般也采用弹簧质量系统。
当质量受加速度作用运动而改变质量块与固定电极之间的间隙进而使电容值变化。
电容式加速度计与其它类型的加速度传感器相比具有灵敏度高、零频响应、环境适应性好等特点，尤其是受温度的影响比较小；但不足之处表现在信号的输入与输出为非线性，量程有限，受电缆的电容影响，以及电容传感器本身是高阻抗信号源，因此电容传感器的输出信号往往需通过后继电路给于改善。
在实际应用中电容式加速度传感器较多地用于低频测量，其通用性不如压电式加速度传感器，且成本也比压电式加速度传感器高得多。
二压电式加速度传感器测量原理压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。
这些压电材料,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时,电荷的极性也随着改变。
压电加速度传感器的原理如图一所示。
实际测量时,将图中的支座与待测物刚性地固定在一起。
当待测物运动时,支座与待测物以同一加速度运动,压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用,在晶体的两个表面上产生交变电荷(电压)。
当振动频率远低于传感器的固有频率时,传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比。
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,从而得出物体的加速度。
图一压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。
虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。
与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。
压电材料可分为压电晶体和压电陶瓷两大类,因压电陶瓷的压电系数比压电晶体的大,且采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高,故本系统压电元件采用压电陶瓷,极化方向在厚度方向(z方向)。
当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时,压电元件受质量块惯性力的作用,根据牛顿第二定律,此惯性力是加速度的函数。
设质量块作用于压电元件的力为,支座作用于压电元件的力为,则有=Ma=(M+m)a式中，M为质量块质量；m为晶片质量；a为物体振动加速度。
由上式可得晶片中厚度方向(z方向)任一截面上的力为F=Ma+ma(1-z/d)式中d为晶片厚度。
则平均力为=(M+m)a因晶片为压电陶瓷,极化方向在厚度方向(z方向),作用力沿着z方向,故此时外加应力只有,不等于零,其平均值为=式中A为晶片电极面面积。
选用D型压电常数矩阵，得电荷Q==式中为压电常数。
由于质量块一般采用质量大的金属钨或其他金属制成,而晶片很薄,即有M m，故通常写为Q=Ma有上式可知，压电元件的Q与、M成正比，根据测量电荷就可得到加速度。
构成元件常用的压电式加速度计的结构形式如图二所示。
S是弹簧，M是质块，B是基座，P是压电元件，R是夹持环。
图中a是中央安装压缩型，压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。
这种结构有高的共振频率。
然而基座B与测试对象连接时，如果基座B有变形则将直接影响拾振器输出。
此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，易引起温度漂移。
图中c为三角剪切形，压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。
加速度计感受轴向振动时，压电元件承受切应力。
这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。
图中b为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。
由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。
图二幅频特性图三测量电路由压电元件的工作原理可知,压电式传感器可看作一个电荷发生器。
同时,它也是一个电容器,晶体上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板,极板间物质等效于一种介质,则其电容量为式中A为晶片电极面面积；为压电材料的相对介电常数；为真空介电常数。
因此，压电传感器可以等效为一个与电容相串联的电荷源。
压电传感器本身的内阻抗很高,而输出能量较小,因此,它的测量电路通常需接入一个高输入阻抗的前置放大器,其作用如下:(1)把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗。
(2)放大传感器输出的微弱信号。
本设计中前置放大器采用电荷放大器。
压电传感器在实际使用时与测量仪器或测量电路相连接,因此还需考虑连接电缆的等效电容、放大器输入电阻、输入电容及压电传感器的泄漏电阻，这样压电传感器在系统中的实际等效电路如图四所示图四图中，为运算放大器增益。
由于运算放大器的极高,而=Ω,所以可认为和是开路的。
设运算放大器输入电压为,输出电压为,根据运算放大器理论和电路理论得电荷量为Q=+()式中为反馈电容。
将代入上式得若放大器开环增益足够大,满足，上式则可表示为由上式在一定情况下,电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正此,并且与电缆分布电容无关。
因此,采用电荷放大器时,即使联接电缆长度在百米以上,其灵敏度也无明显变化,这是电荷放大器的突出优点。
测量系统结构压电加速度测量系统组成电路结构如图五所示。
压电加速度传感器是将被测加速度的变化转换为电荷量的变化;电荷放大器将传感器输出的微弱信号放大;信号处理电路将信号转化为适合A/D转换的信号;处理后的电压信号通过A/D转换后传送到单片机系统,通过计算机对数据进行处理分析再输出。
图五由于压电陶瓷的压电特性易受温度影响,热胀冷缩造成的机械形变也会对输出产生影响,而普通的压电加速度传感器都不具备补偿功能,直接将其应用,可靠性不好。