图2.1 压电石英的压电系数矩阵图
(1) 用于测量法向载荷的石英晶片几何切型的选择
所谓法向载荷是指被测外力系中与传感器承载面相垂直的载荷。凡是在压电系数矩阵dmj，中存在m=j的系数，这种切型的晶体可作为厚度伸缩式力一电转换元件，其中m向为取电荷方向，j向为受力方向。根据石英晶体压电系数矩阵可知，存在压电系数西d11，可选X轴为压缩方向，切割方向为零度，即选用Xy切型，此时取电荷的电极面为垂直于X轴的上下底面。
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所谓切向载荷通常是指被测外力的方向与传感器承载面相切或相平行的载荷。凡是在压电系数dmj矩阵中存在j>3，则可产生剪切型力一电转换效应，其中j向为剪切力方向，m向为取电荷方向。根据石英晶体压电系数矩阵可知，取d26为厚度剪切系数时，转换效率最高，即选用yX切型。
2.1.2 晶体的构成
(1) 单元晶组的构成
所谓单元晶组是指为检测某一方向力，采用同一切型晶片构成的晶片组合。为了使传感器结构简单，根据石英晶体的压电效应，通常采用两片同一切型的晶片构成一个单元晶组。
① xy单元晶组的构成
Xy单元晶组是完全相同的两片xy晶片“对装”，即在电路上为并联结构，把信号引出电极夹在两片中间，对装的原则是：一是应使引出信号为负电荷；二是应使两片的Y轴相互错开一些角度。
图2.2 xy单元晶体的构成
图2.2（a)表示当晶体受压缩时，右旋石英xy切型单元晶组(压缩型)，图(b)则表示当晶体受拉伸时，左旋石英xy切型单元晶组(拉伸型)。
单元晶组采用两片并联有以下优点：一是可使传感器构造简单，二是双片与单片比较起来，可使传感器电荷灵敏度提高一倍。
② yX单元晶组的构成
yX单元是根据石英晶体剪切效应，采用d26转换的yX切型的单元晶组。每个单元晶组由两片相同旋向的yX石英晶片并联而成，信号电极也同样置于两片之间。在构成yX单元晶组时，重要的是应使最大电荷灵敏度方向X轴位于同一直线上且方向相反；并使晶片感受到的最大剪应力方向与最大灵敏度轴X向_致。前者是为了达到并联的目的，后者为了使晶组的转换效率最高，即使传感器的灵敏度最大，如图2.3所示。
图2.3 yx单元晶体的构成
(2) 组合晶组的构成
各种单元晶组组装好后，根据被测外载的类型、大小、方向及向数，组装得到适合各种要求的组合晶组。每一种组合晶组所包含的单元晶组的类型和数量完全取决于所设计的传感器的类型。
新设计的车削测力仪晶组包括一个xy晶组，用来测量法向载荷；两个yx晶组，用来测量切向载荷。设计要点是应使两个yx晶组的最大灵敏度轴互成90。夹角；并使三个晶组输出的极性相同。
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