压电石英称重传感器及其在动态公路车辆称重系统中的应用一、概述尽管早在 1908 年 Pierre（皮埃尔） 和 Jacguse Curie（雅克卡里） 就发现了石英晶体的压电效应，但是用于动态力的测量还是20 世纪 60 年代。当时由苏黎世的瑞士联邦技术研究所研制出压电石英测力传感器，并利用它制成风洞天平，对空气动力进行测量。瑞士联邦工学院和德国Aachen 大学分别利用石英晶体研制出刚性非常好的三分量测力传感器，用来测量机床的切削力。20 世纪 70 年代扩展了压电石英三分量测力系统，用来测量六个分量和计算力作用点的座标；军事工程部门用于测量火箭推力向量（力的大小、方向和位置）；汽车工业部门用于测量轮胎的附着力；生物力学领域用于运动矫形术、整形和姿态控制。20 世纪 80 年代在汽车制造业中压电石英测力传感器用于测量汽车点火压力，汽车碰撞的冲击力。利用二分量测力传感器同时测量汽车检测平台的垂直力和水平力，将压电石英测力传感器埋在路面下，测量汽车轮胎与路面之间的接触力。20 世纪 90 年代公路车辆轴载超限越来越严重，已成为世界难题。在公路车辆轴载超载预判，桥梁超载报警和轴载动态称重计量中，迫切需要体积小、高度低、重量轻，刚度大，固有频率高，动态范围广，灵敏度高的动态称重传感器和动态公路车辆称重系统。压电石英晶体敏感元件及其组装的压电石英称重传感器就具备上述特点。瑞士Kistler （奇石乐）公司开发出可以埋在路面下的以石英晶体为敏感元件的工字梁型动态称重传感器，用于公路车辆轴载超载预判，桥梁超载报警，隧道保护和车辆轴载计量， 取得了很好的应用效果。 这种压电石英称重传感器已在美国、英国、德国、澳大利亚、韩国、日本等许多国家广泛应用。1993 年 7月在苏黎世的瑞士联邦技术研究所，根据欧洲研究项目“ COTS323 道路动态称重”的要求，对压电石英称重传感器与另外8 个商用称重传感器进行了道路比较试验。试验使用数字式示波器显示重量信号、并将其储存在软盘上，然后将数据用计算机进行离线分析。除了车辆的轴重和毛重外，车速、轴距、轮距和单双轮胎等均可确定。在20～50km/h 速度下，动态称量结果与动态校准结果非常吻合，证明压电石英称重传感器完全可以用于公路车辆轴重计量。二、石英晶体的压电效应石英晶体（ Quartz Crystal）是二氧化硅无水化合物，分子式为Si02，是各向异性的材料，通常用直角坐标轴来表征它的方向性。典型的石英晶体外形和直角坐标轴如图...
