压电传感器电荷灵敏度

压电元件的组合方式

单片压电元件产生的电荷量很小，为提高灵敏度，常将两片同型号压电元件粘贴使用。由于晶体具有极性，两片元件存在两种联结方式。

并联：两片同型号元件并联后，输出电荷量加倍，即 Q'=2Q；输出电压不变，即 U'=U；电容加倍，即 C'=2C。并联接法输出电荷大、时间常数大，适宜测量慢变信号且以电荷为输出量的场合。

串联：两片同型号元件串联后，输出电荷量不变，即 Q'=Q；输出电压加倍，即 U'=2U；电容减半，即 C'=C/2。串联接法输出电压大、自身电容小，适宜以电压为输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。

压电元件的等效电路

压电元件可等效为两种电路模型。电荷源模型由电荷源 Q 与元件电容 Ca、元件电阻 Ra 并联组成；电压源模型由电压源 u 与电容 Ca 串联组成，元件电阻 Ra 作为并联漏电阻跨接在电压源输出端（即与电压源 u 和电容 Ca 的串联支路并联）。两种模型均连接至测量电路，测量电路包含电缆电容 Cc、放大器输入电阻 Ri 和放大器输入电容 Ci。

灵敏度定义与关系

电压灵敏度 ku 定义为单位力产生的电压，电荷灵敏度 kq 定义为单位力产生的电荷。二者满足关系式：

其中 ku 的单位为 V/N（或 mV/N 等），kq 的单位为 C/N（或 pC/N 等），Ca 为压电元件自身电容，单位为 F。该关系表明，在电荷灵敏度 kq 一定时，元件电容 Ca 越小，电压灵敏度 ku 越高。

信号保持条件

等效电路中，元件电阻 Ra 和放大器输入电阻 Ri 越大越好，以延长电荷 Q 或电压 U 的保存时间。这是因为压电元件产生的电荷会通过 Ra 和 Ri 缓慢泄放，时间常数越大，信号衰减越慢，越有利于低频或准静态测量。