1. 压电效应的本质

压电材料（如石英、压电陶瓷等）在受到机械力作用时，会在表面产生电荷（正比于外力），但这种电荷的产生是瞬态的。具体表现为：

• 动态力：当力发生变化时（如冲击、振动），压电材料内部电荷分布被扰动，产生可测量的瞬时电荷信号。

• 静态力：若力保持恒定，电荷会通过材料的绝缘电阻或外部电路缓慢泄漏（即使绝缘性极好，也无法完全避免），导致信号逐渐衰减至零。因此无法持续输出稳定的静态力信号。

2. 电荷泄漏问题

• 压电传感器的等效电路可视为一个电荷源与电容、电阻并联。即使外部施加恒定力，产生的电荷会通过绝缘电阻（尽管很大）或外部电路的输入阻抗逐渐耗散（时间常数 τ = R×C）。

• 例如：石英的绝缘电阻极高（>10¹³ Ω），但电荷仍会缓慢泄漏，导致静态力下信号无法维持。

3. 信号调理电路的局限性

• 压电传感器的输出信号需要高输入阻抗的电荷放大器来转换。但即使采用优质放大器，也无法完全消除电荷泄漏的影响，导致静态力测量时基线漂移或信号归零。

4. 适用场景设计

• 压电传感器专为动态测量优化（如频率响应高、灵敏度好），适合检测振动、冲击或快速变化的力。静态测量则需要应变片式、电容式等原理的传感器。

补充说明：如何间接测量静态力？

虽然压电传感器不适合直接测静态力，但可通过以下方法部分实现：

• 高频动态叠加法：对静态力施加微小高频扰动，通过解调信号提取静态分量。

• 混合传感器设计：结合压电单元（测动态）和其他静态力传感单元（如应变片）。