压电效应
压电效应
如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。这种逆压电效应在科学技术中已得到了广泛的应用。用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。别小看这小小的晶片，它在无线电技术中却发挥着巨大作用。如前所述，在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变。这种稳定不变的振动正是无线电技术中控制频率所必须的，你家中的彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器，保证了图像和声音的清晰度。你手上戴的石英电子表中有一个核心部件叫石英振子。就是这个关键部件保证了石英表比其他机械表更高的走时准确度。
4.压电晶体有一定抗压强度，但是经不起1000KN的力，如果真的这么做，1000KN的力，压电晶体必定粉碎。发电量不随压力增大而增强，达到一定物理极限不会增加。汽车自身的重力发电好像不可能
5.由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。
装有压电晶体元件的仪器使技术人员研究蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化成为现实。利用压电晶体甚至可以测量管道中流体的压力、大炮炮筒在发射炮弹时承受的压力以及炸弹爆炸时的瞬时压力等。
压电晶体还广泛应用于声音的再现、记录和传送。安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。这种压电晶片上电荷的变化，再通过电子装置，可以通过安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。是不是可以这样说，麦克风中的压电晶片能“听得见”声音，而扬声器上的压电晶体薄片则会“说话”或“唱歌”。
压电效应及压电材
p117页图6-10所示，当作用于压电元件的力为静态力（ω=0）时， 前置放大器的输出电压等于零， 因为电荷会通过放大器输入电阻和传感器本身漏电阻漏掉， 所以压电传感器不能用于静态力的测量。
01
时，前置放大器的输出电压随频率变化不大。
01
即说明压电传感器的高频响应比较好，所以用于高频交变力的测量。
主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。
01
02
BS-D2压电式传感器是专门用于检测玻璃破碎的一种传感器， 它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。
Y
+
+
+
-
-
-
X
P1
P2
P3
当晶体受到沿X方向的压力（FX<0）作用时，晶体沿X方向将产生收缩，正、负离子相对位置随之发生变化，此时正、负电荷中心不再重合，电偶极矩在X方向的分量为： (P1+P2+P3)X>0
（P1+P2+P3）Y=0 （P1+P2+P3）Z=0
+
+
+
+
－
－
－
－
X
Y
+
+
+
-
-
-
BS-D2压电式玻璃破碎传感器的外形及内部电路如图所示。传感器的最小输出电压为100 mV，最大输出电压为100V， 内阻抗为15~20 kΩ。
三、压电式玻璃破碎报警器
使用时传感器用胶粘贴在玻璃上，然后通过电缆和报警电路相连。为了提高报警器的灵敏度，信号经放大后，需经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰减要小，而频带外衰减要尽量大。由于玻璃振动的波长在音频和超声波的范围内， 这就使滤波器成为电路中的关键。只有当传感器输出信号高于设定的阈值时，才会输出报警信号，驱动报警执行机构工作。玻璃破碎报警器可广泛用于文物保管、贵重商品保管及其它商品柜台保管等场合。
压电效应
压电材料的应用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声 换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。
1、换能器
换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件
压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应，而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片 在外电场驱动下的弯曲振动，利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。目前对压电聚 合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点，研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声 功能的器件，如抗噪声、宽带超声信号发射系统等。
下面我们利用压电陶瓷测试压电效应和逆压电效应。
常用的压电陶瓷是由锆钛酸铅（PZT）材料做成的。将PZT材料做成的压电陶瓷片粘在圆形黄铜片上就构成了 压电陶瓷元件。它具有明显的压电效应。
首先，将压电陶瓷片A的两根引线通过一个按钮开关与信号发生器相联。将压电陶瓷片B的两根引线与扩音器 （带喇叭）的输入端相连。将A、B两个压电陶瓷片用黑封泥固定在同一个木板制成的箱子上。
的发现
1880年皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现电气石具有压电效应。1881年，他们通过实验验证了逆压电效应， 并得出了正逆压电常数。1984年，德国物理学家沃德马·沃伊特（德语：Woldemar Voigt），推论出只有无对 称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。
应用现状
应用
现状
新领域
压电效应
正压电效应、逆压电效应
01 定义
03 分类 05 应用现状
目录
02 原理 04 的发现 06 历史应用
07 打火机
09 压电高分子 011 0 压电陶瓷
压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个 相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作 用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变 形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称 为压电传感器。
压电效应
1、压电效应正压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷；当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变的现象。
[机械能→电能]逆压电效应：当在某些电介质极化方向施加(交变)电场，这些电介质也会产生机械变形的现象；当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失的现象。
常称(电致伸缩效应)。
[电能→机械能]2、光电效应（1）、外光电效应：在光线的作用下能使电子溢出物体表面的现象。
（2）内光电效应：在光线的作用下能使物体的电阻率改变的现象。
（3）光生伏特效应：在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象。
3、莫尔条纹形成原理，特点在透射式直线光线中，把主光栅与指示光栅的刻线面相对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角θ，在两光栅的刻度重合处，光从缝隙透过，形成亮带，在两光栅的刻度错开处，由于相互挡光作用而形成暗带，叫莫尔条纹。
(1) 位移的放大作用：当光栅每移动一个光栅栅距W时，莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度B H，如果光栅作反向移动，条纹移动方向也相反。
（2）莫尔条纹移动方向：如光栅1沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动；反之亦然，根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。
(3) 误差的平均效应：莫尔条纹由光栅的大量刻线形成，对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期误差的影响。
4、霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁感应为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流I和磁感应强度B的方向上将产生电动势EH,这种现象称为霍尔效应。
Uh=KIB 霍尔片的灵敏度。
霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B 成正比，且当B 的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。
如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。
压电效应的概念
压电效应的概念
压电效应是指把有机物料，如压电陶瓷、陶瓷多孔材料、金属-
氧化物薄膜以及其他介电基础材料施加外力（如设置电场、磁场、压力及温度等）后，使之产生电位的物理现象，叫做压电效应。
压电效应是电物理学最重要的分支之一，在众多应用方面也发挥着重要作用。
压电效应有两种形式，即直接压电效应和间接压电效应。
直接压电效应是指在某种外力施加时，材料本身就发生电位变化，无需任何特殊条件，例如在电容周边设置有阻抗，而间接压电效应则是基于电容介质，需要特定的条件才能发挥作用。
压电效应的基本原理是以弹性常数作为电容的施加外力，压力的弹性性质，可以产生某种形式的电位变化，即压电效应。
由于在施加外力时，材料中电荷分布发生变化，从而产生电位差。
此外，压电效应还与介电结构有关，其变化程度更直接受到介电结构的影响。
压电效应在工程应用中的重要性是毋庸置疑的，在微机电系统中的空间位置控制、机械振动控制、模式识别等等方面，都有广泛的应用。
与其他许多传感器器件相比，压电传感器的应用有很多优势，例如无需太多电路、无线配合等，也非常耐用可靠。
无论是静态还是动态的检测，都可以实现高精度和高灵敏度的数据采集。
此外，压电效应还可以用来监控工程物件的温度、应力和压力等参数，由此可以提高工程系统的安全性，以及整体的可靠性。
除此之外，压电效应还在超声波测量中发挥着重要作用，用于测量物体的位置和尺寸，广泛应用在测距仪、探测仪和运动控制等领域。
总之，压电效应在微电子、力学测量、机械控制等多个领域都发挥着重要作用。
在对压电效应进行研究时，需要考虑材料的结构、性能、介电行为以及其他影响因素，以便将其应用在实际工程中，以取得更好的控制效果。
压电效应原理
压电效应原理压电效应，简单来说，是指某些特定材料在受力或压力作用下会产生电荷的现象。
这种效应是由于压电材料内部的晶格结构变形引起的。
本文将介绍压电效应的原理以及它的应用。
一、压电效应的原理压电效应的原理可以通过晶格结构的变形来解释。
压电材料的晶体结构中包含正、负电荷的偶极子。
当外力施加在压电材料上时，晶格结构会发生微小的变形，导致正、负电荷发生相对位移，从而产生电势差。
这种电势差可以通过导电材料连接起来，形成电流。
压电效应的原理基于两种主要的压电材料：正压电效应和逆压电效应。
1. 正压电效应正压电效应又称为直接压电效应，是指施加机械压力或应力时，压电材料会产生电势差。
这种效应广泛应用于压电传感器、压电陶瓷等领域。
正压电效应的材料包括石英、硼酸铋等。
2. 逆压电效应逆压电效应又称为反向压电效应，是指施加电场时，压电材料发生形变。
逆压电效应广泛应用于压电陶瓷驱动器、压电声表面波传感器等领域。
逆压电效应的材料包括锆酸钛、铅锆钛等。
二、压电效应的应用压电效应由于其可控性和可靠性，被广泛应用于多个领域。
1. 压电传感器压电传感器是利用正压电效应测量压力、应力、加速度等物理量的装置。
常见的应用包括测量水深的超声波传感器、车辆碰撞感应器等。
通过正压电效应产生的电势差，可以将力学信号转化为电信号，并实现精确的测量。
2. 压电陶瓷压电陶瓷是一类利用压电效应的陶瓷材料。
它们具有压电效应的特性，可以在电场或应力的作用下发生形变。
因此，压电陶瓷广泛用于传感器、驱动器、超声波发生器等领域。
例如，在医学领域中，压电陶瓷可以用于超声波成像设备。
3. 压电振动器压电振动器是利用逆压电效应的装置，通过施加电场使压电材料发生振动。
这种装置常用于钟表、移动设备的震动反馈等。
逆压电效应的应用使得压电振动器成为一种高效、节能的振动装置。
4. 压电声表面波传感器压电声表面波传感器是一种利用逆压电效应的传感器。
通过将电场施加到压电材料上，声表面波会在材料表面产生。
压电效应原理
压电效应的发现
1880年皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现电气石具有压电效应。1881年，他们通过实验验证了逆压电效应，并得出了正逆压电常数。1984年，德国物理学家沃德马·沃伊特（德语：Woldemar Voigt），推论出只有无对称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。
含氧八面体的铁晶体管，例如钛酸钡晶体、具有铌酸锂结构的铌酸锂、铌酸钽和具有钨青铜结构的铌酸锶钡晶体。
含有氢键的铁晶体管，例如磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、和磷酸氢铅（及磷酸氘铅）晶体。
含层状结构的钛酸铋晶体等。
目前应用最广泛的非铁电性的石英压晶体管、铁典型压晶体管铌酸锂和铌酸钽等。
压电多晶体（压电陶瓷）
陶瓷的压电性质最早是在钛酸钡上发现的，但是由于纯的钛酸钡陶瓷烧结难度较大，且居里点（120℃左右）、室温附近（5℃左右）有相变发生，即使改变其掺杂特性，其压电性仍然不高。1950年左右发明的锆钛酸铅（简称：PZT）则是迄今为止使用最多的压电陶瓷。
压电聚合物
早在1940年，苏联就曾发现木材具有压电性。之后又相继在苎麻、丝竹、动物骨骼、皮肤、血管等组织中发现了压电性。1960年发现了人工合成的高分子聚合物的压电性。1969年发现电极化后的聚偏二氟乙烯具有较强的压电性。具有较强压电性的材料包括PVDF及其共聚物、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚-γ-甲基-L-谷氨酸酯和尼龙-料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物（例如聚偏氟乙烯活环氧树脂）的两相复合材料。这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配。此外，压电复合材料还具有压电常数高的特点。压电复合材料在医疗、传感、测量等领域有着广泛的应用。更多电子元件资料
压电效应的原理和实际应用
压电效应的原理和实际应用1. 压电效应的原理•压电效应是指某些物质在受到机械应力作用时，会产生电荷的分离和极化现象。
压电效应的基本原理是压电材料的晶格结构发生变化，从而导致电荷分子的排列方向发生改变，进而产生极化电荷。
•压电效应可分为正压电效应和逆压电效应两种。
正压电效应是指在外力作用下，压电材料的电荷分子按照一定的方向排列，产生极化电荷；而逆压电效应则是指施加电场时，压电材料的晶格结构发生变化，导致物体的大小或形状发生变化。
2. 压电效应的实际应用压电效应在很多领域中得到了广泛的应用，以下列举了一些常见的实际应用。
2.1 声波传感器•压电材料常常被用于制造声波传感器。
当声波作用于压电材料时，材料会产生电荷的分离和极化，将声波转化为电信号。
•声波传感器在许多领域中都有应用，例如声音识别、音频设备和医疗设备等。
常见的应用包括麦克风、扬声器和超声波传感器等。
2.2 压电陶瓷•压电陶瓷是一种常见的压电材料，广泛应用于传感器、换能器和机械振动器等领域。
压电陶瓷在电子设备中具有重要作用，可将电能转换为机械振动能量或声波能量，广泛应用于超声波发生器、声纳和无线电波滤波器等领域。
2.3 压电压力传感器•压电材料的压电效应可用于制造压力传感器。
当施加外力或压力时，压电材料会产生电荷的分离和极化，从而测量压力的大小。
•压电压力传感器在工业控制、航空航天和汽车工业等领域中具有广泛的应用。
例如，在汽车制动系统中，压电压力传感器可以测量刹车压力，并通过与控制单元连接将信息传输到车辆的控制系统中。
2.4 压电发电•压电效应还可以用于发电。
当施加外力或压力时，压电材料会产生电荷的分离，从而产生电能。
•压电发电具有可持续性和无污染的特点，被广泛应用于可再生能源领域。
例如，压电发电技术可以应用于道路、桥梁和建筑物等场所，通过车辆行驶或振动产生的压力来产生电能。
3. 总结压电效应是一种将机械能转化为电能的重要现象。
它在声音识别、传感器、压力传感器和发电等领域中具有广泛的应用。
压电效应原理
压电效应原理压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷分离的现象，这一现象被称为压电效应。
压电效应的原理可以追溯到19世纪，当时法国物理学家夏尔·库里发现了某些晶体在受到机械应力时会产生电荷。
这一发现引发了人们对压电效应的深入研究，随着科学技术的不断进步，压电效应的应用也变得越来越广泛。
压电效应的原理可以通过晶体的微观结构来解释。
晶体的结构是由正负电荷的排列组成的，当受到外力作用时，晶体内部的正负电荷会发生相对位移，从而产生了电荷分离的现象。
这种电荷分离会导致晶体的两个相对表面上出现电势差，从而产生了电压。
这就是压电效应的基本原理。
压电效应在实际应用中具有重要的意义。
首先，压电效应被广泛应用于传感器领域。
由于压电材料在受到外力时会产生电荷，因此可以将其用于制造压力传感器、加速度传感器等。
其次，压电效应还可以应用于声波设备中，如压电陶瓷换能器、压电陶瓷滤波器等。
此外，压电效应还可以用于制造压电陶瓷马达、压电陶瓷换能器等电子器件。
除了上述应用外，压电效应还在医学领域、材料科学领域、能源领域等方面有着广泛的应用。
例如，在医学领域，压电效应被应用于超声波成像设备中，可以用于检测人体内部的病变情况。
在材料科学领域，压电效应可以用于研究材料的电学性能。
在能源领域，压电效应可以用于制造压电发电机，将机械能转化为电能。
总的来说，压电效应是一种重要的物理现象，其原理简单清晰，应用范围广泛。
随着科学技术的不断发展，压电效应的应用前景将会更加广阔。
相信通过对压电效应原理的深入研究和应用，将会为人类社会带来更多的科学技术进步和社会福祉。
压电效应实验报告
压电效应实验报告
1. 实验目的
通过实验了解和验证压电效应的基本原理，掌握压电效应的产生条
件以及应用领域。
2. 实验原理
压电效应是指在某些晶体、陶瓷材料中，当受到外力作用时，会产
生电荷分离的现象，即产生电压差。
这种现象即为压电效应。
压电效
应的原理是晶格结构的不对称性，当外力作用于晶体时，导致晶体内
部阳离子和阴离子位移而产生电荷分离，从而产生电势差。
3. 实验步骤
（1）将压电陶瓷片固定在夹具上；
（2）连接电源，使陶瓷片两端加上一定的电压；
（3）在陶瓷片上施加外力，观察电压变化；
（4）记录电压值随外力变化的曲线。
4. 实验结果
实验中，我们观察到在陶瓷片受到外力作用时，电压值呈现出明显
的变化。
当外力增加时，电压值逐渐增大；当外力减小或取消时，电
压值也相应减小或消失。
这说明压电效应是一种具有线性关系的现象。
5. 结论
通过本次实验，我们验证了压电效应的存在，并了解了其产生的原理。
压电效应在声波传感、压力传感、振动传感等领域具有重要的应用价值，可以提高传感器的灵敏度和稳定性，有着广阔的应用前景。
6. 实验感想
本次实验让我们更深入地了解了压电效应这一现象，并对实际中的应用有了更清晰的认识。
压电效应作为一种重要的物理效应，在现代科技领域有着广泛的应用，希望通过不断的实践和学习，能够更好地掌握其原理和应用，为科学技术的发展做出自己的贡献。
7. 参考资料
无。
压电效应应用
压电效应应用
压电效应是指在某些晶体中，当施加外压力或电场时，其表面会产生电荷分布的规律性变化。
这种效应已经被广泛应用于很多领域，包括：
1. 振动传感器：压电材料能够将外部的振动转化为电信号，因此被广泛用作振动传感器，应用于汽车、机械、电子等领域。
2. 声波传感器：压电材料能够将声波转化为电信号，因此被广泛用作麦克风、超声波传感器等。
3. 压电陶瓷器件：压电陶瓷器件具有压电效应，可用于制作压电马达、压电传感器、压电制动器、压电换能器等。
4. 压电电源：压电材料能够将机械能转化为电能，因此被广泛研究用作绿色能源的发电设备。
5. 医疗器械：压电效应被广泛应用于医疗器械中，如超声医疗设备、压力传感器等。
压电效应原理
压电效应原理压电效应是指某些晶体在受到机械应力作用时，会产生电荷分离现象的性质。
这种效应最早是由法国物理学家皮埃尔·居里兄弟在1880年首次发现的。
压电效应在现代科技领域有着广泛的应用，比如压电陶瓷元件、压电传感器、压电换能器等，它们在声学、电子、通信、医疗等领域都有着重要的作用。
压电效应的原理可以通过晶体结构和电荷分布来解释。
晶体的结构不是完全均匀的，而是由正负电荷交替排列的。
当外部施加机械应力时，晶体结构会发生微小的畸变，导致正负电荷之间的相对位移，从而产生电荷分离。
这种电荷分离会形成一个电场，使得晶体两端产生电势差，即产生压电电荷。
反之，当外部电场作用于压电晶体时，也会引起晶体结构的畸变，从而产生机械变形。
压电效应的原理可以用数学模型来描述。
根据压电效应的基本方程，可以得到压电系数与应变的关系，从而得到压电系数与电场的关系。
通过这些关系，可以计算出压电材料在外力或外场作用下的电荷分布和电势差，进而推导出压电材料的压电性能。
压电效应的应用十分广泛。
在声学领域，压电效应可以将电能和机械能相互转换，从而用于声波的发射和接收。
在电子领域，压电效应可以用于制作压电陶瓷元件，如压电陶瓷换能器、压电陶瓷滤波器等，用于振动传感器、压力传感器、加速度传感器等。
在通信领域，压电效应可以用于制作压电天线，实现宽带和多频段的通信。
在医疗领域，压电效应可以用于制作超声探头，用于医学成像和治疗。
总的来说，压电效应是一种重要的物理效应，它不仅有着丰富的理论基础，而且有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，人们对压电效应的研究和应用也将会更加深入和广泛。
相信在未来的科技领域，压电效应将会发挥出更加重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
压电效应和逆压电效应
压电效应和逆压电效应一、前言压电效应和逆压电效应是材料物理学中的重要概念，它们在现代科技领域中有着广泛的应用。
本文将从定义、机制、特性、应用等方面进行详细介绍。
二、压电效应1. 定义压电效应是指某些晶体在受到外力作用下，会产生电荷分布不均匀的现象，即在晶体两端产生极性相反的电荷。
这种现象被称为压电效应。
2. 机制压电效应的机制是基于晶体结构的对称性变化。
当晶体受到外力作用时，其结构会发生微小变化，导致晶体内部正负离子分布出现偏移，从而产生极性相反的电荷。
3. 特性（1）压电常数：表示单位力下产生的单位极化量。
（2）频率响应：不同频率下压电常数会发生变化。
（3）温度稳定性：随着温度升高，压电常数会发生变化。
4. 应用（1）压电传感器：利用压电效应测量物理量如温度、压力、加速度等。
（2）压电陶瓷：利用压电效应制作的陶瓷材料，可用于超声波发生器、振荡器等领域。
（3）压电马达：利用压电效应制作的马达，可用于微型机械装置、精密仪器等领域。
三、逆压电效应1. 定义逆压电效应是指当某些晶体受到外部电场作用时，会产生形变的现象。
这种现象被称为逆压电效应。
2. 机制逆压电效应的机制是基于晶体结构的对称性变化。
当晶体受到外部电场作用时，其结构会发生微小变化，导致晶体内部正负离子分布出现偏移，从而产生形变。
3. 特性（1）逆压电常数：表示单位电场下产生的单位形变量。
（2）频率响应：不同频率下逆压电常数会发生变化。
（3）温度稳定性：随着温度升高，逆压电常数会发生变化。
4. 应用（1）逆压电陶瓷：利用逆压电效应制作的陶瓷材料，可用于超声波探测器、振荡器等领域。
（2）逆压电传感器：利用逆压电效应测量物理量如温度、压力、加速度等。
（3）逆压电致动器：利用逆压电效应制作的致动器，可用于精密仪器、自适应光学系统等领域。
四、总结本文对压电效应和逆压电效应进行了详细介绍。
两种效应都是基于晶体结构的对称性变化，具有广泛的应用前景。
在现代科技领域中，它们被广泛运用于传感器、陶瓷材料、马达等领域。
什么是压电效应
什么是压电效应
压电效应是指某些特定的材料在机械压力作用下能够产生电荷分布的
现象。
它是材料学中一个非常重要的效应，对于电子、光学、磁学等
领域的研究都有着很大的意义。
压电效应的原理
首先，让我们来了解压电效应的原理。
压电材料的原子和分子之间会
存在一定的位移和变形，从而在原子和分子之间形成一个“极化场”。
当外力作用于材料时，就会导致材料内部的极化场发生改变，从而产
生电荷分布。
压电效应的分类
压电效应主要分为正压电效应和反压电效应。
正压电效应是指当外力
作用于压电材料时，会使材料的极化场发生变化，从而产生电荷分布。
而反压电效应则是指当外力去除后，材料又恢复到初始状态，同时还
能产生电荷分布。
应用领域
压电效应具有广泛的应用领域，特别是在传感器和执行器方面。
压电
传感器可以将电荷或电压的变化转换成机械位移或力，用于检测压力、重量、加速度、应变等物理量。
压电执行器则可以将电信号转换为机
械位移或力，用于控制或调节机械运动。
此外，压电效应还可以应用于压电陶瓷换能器、压电声波器、压电储
能元件、压电电源等领域。
压电陶瓷换能器可以将电能转换为声能或
者将机械能转换为电能；压电声波器则可以将电能转换为声波输出；
压电电源是指利用压电效应产生的电能为电子设备提供能量。
总之，压电效应是一种非常有用的物理效应，具有很多应用领域和市场需求，将来还会有更多的开发和应用。
压电效应与应变电效应
压电效应与应变电效应压电效应与应变电效应是固体材料中重要的电性效应，对于电子学、能源转换和传感器等领域具有重要意义。
本文将从原理、应用和进一步发展等方面综述压电效应与应变电效应，探讨其在科学研究与实际应用中的潜力。
一、压电效应压电效应是指某些晶体具有在受到机械应力或压力作用下，产生电荷分离和电势变化的现象。
这个效应最早由皮埃尔·居里和雅克·居里夫妇于1880年发现，他们发现某些晶体在受到外力挤压时会产生电荷，而当挤压力解除时，电荷又会消失。
这就是压电效应的基本特性，即机械能转换成电能。
压电效应的原理是晶体的非对称结构和晶格缺陷。
当晶体在外力作用下挤压时，晶格的对称性被破坏，晶格发生畸变，导致正负电荷的分离。
这些分离的电荷可以储存为电势能，在电极上形成电压信号。
不仅如此，压电材料还具有反向效应，即施加电压可以引起机械变形。
这个效应可以应用于超声波发声和振动传感等技术。
压电效应在很多领域有广泛的应用，比如压电陶瓷作为声波源广泛应用于医学超声检测、传感器、流量控制等方面。
此外，压电效应还可以用于能量收集，将广泛存在的机械振动转化成可用的电能，用于供电等用途。
目前，科学家们还在研究如何利用压电效应在体内植入的器械上生成电能，为植入医疗电子器械提供能源。
压电效应的应用潜力正不断拓展。
二、应变电效应应变电效应是指某些晶体在受到力或应变作用下，产生电荷分离和电势变化的现象。
与压电效应类似，应变电效应同样是机械能转换为电能的过程。
应变电效应首次由费尔巴哈于1821年发现，他观察到金属试样在应力作用下可以产生电流。
应变电效应的原理是晶体晶格的应力敏感性。
当晶体在外力或应力作用下发生形变时，晶格的对称性和原子位置都会发生变化，从而引起电子的能级结构改变，导致电子的运动。
这种运动会产生电荷分离和电势变化，形成电压信号。
与压电效应类似，应变电效应也具有反向效应，即通过施加电压引起机械变形。
应变电效应在传感器、控制系统和材料研究等领域具有重要作用。
什么是压电效应
1.什么是压电效应？简述利用压电传感器测量压力的工作原理？答：某些物质、如石英、钛酸钡等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场。
当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，这种现象称为压电效应。
实验证明，在极板上积聚的电荷q与晶片所受的作用力F成正比，即q=DF，电荷由导线引出接入测量电路，测得电荷的多少级可测量出压力。
2.测试系统满足不失真的测量条件是什么？答：测试系统满足不失真的条件是测试装置的幅频特性应为常数，相频特性应为直线。
3.什么是频混现象？怎样才能避免频谱混叠？答：频混现象：又称频谱混叠效应，它是由于采样信号频谱发生变化，而出现高、低频成分发生混淆的一种现象。
使采样频率满足采样定理即可。
4.什么是霍尔效应？试举2例？答：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应。
（1）霍尔线位移传感器，在两个反向放置的磁铁中放置霍尔片。
当霍尔片处于平衡位置，初始输出电动势为零。
当霍尔片作横向位移时，霍尔传感器总输出电动势为位移的函数。
（2）测角位移的霍尔传感器，在一均匀的磁场中放置一霍尔元件，当转动霍尔元件时，通过霍尔片磁通量变化，产生的霍尔电势与元件和磁场的夹角θ有关。
即θU=，利用上式关系，就可以测IBKsinHH量角位移。
5试说明二阶装置的阻尼比多采用0.6-0.7的原因？对于二阶装置在ζ=0.6-0.7时，在0-0.58ωnϑ也接近直线，可认为满足不失的频率范围内，幅频特性A（ω）的变化不超过5%，同时相频特性()ω真条件。
因此二阶装置的阻尼比多采用0.6-0.7 。
6电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优点？答：两种应变片的主要区别:电阻丝应变片主要利用导体形变引起电阻的变化，而半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。
电阻丝应变片随温度变化小，半导体应变片的灵敏度大。
压电效应的概念
压电效应的概念
压电效应是指一种特殊的物理效应，它指的是，当一定的电场和力作用于某种特定的非晶类材料时，它将产生一种极性性质的变化。
它的主要应用在高新技术的领域，如超声波技术、医疗设备及军事技术等。
压电效应是基于一种叫做“压电性”的材料特性，它是由变形应变的非晶类材料的晶体的有序的构成所形成的，也就是说，它能够在某种规定的力场下物理变形，从而在物质发生变化时产生电信号。
压电效应具有多种优点，如低成本、低功耗、低维护费用等。
此外，它也可以应用于低速电子设备，因此在实际的应用中，可以模拟高速数字设备的一些功能，并且不会损失精度，使用起来更加方便。
压电效应也可以应用在医疗技术领域，帮助医生及医学生进行检查和治疗。
例如，压电技术可以用于精准定位肌肉组织，以便更精准地追踪深层组织，这有助于疾病的早期发现和治疗。
另外，压电效应在声波技术中也有重要作用。
压电技术可用于生产超声扫描仪，通过能源的人工控制和变换，可以收集各种超声图像信息，以便精准的医疗检查。
此外，它也可以用于军事技术，例如可以用于检测破坏行为，或者检测地面设备时的轨迹变化。
总之，压电效应是一种重要的物理现象，因它的可靠性、灵敏性、可控性等优点，能够应用在各种领域，从而完成复杂和高精度的任务，有助于提高社会生活水平。
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压电效应和声音产生
压电效应和声音产生压电效应是指某些晶体在受到机械应力作用时，会产生电荷分离现象，从而产生电压差。
这种效应最早由法国物理学家皮埃尔·居里和雅克·居里在1880年发现，并因此获得了1903年的诺贝尔物理学奖。
压电效应的应用非常广泛，其中之一就是声音的产生。
声音是一种机械波，它是由物体的振动引起的。
当物体振动时，会产生压力波，这些压力波在空气中传播，最终被人耳接收并产生听觉感受。
压电效应可以用来产生声音的原理是，当压电材料受到机械应力作用时，会发生形变，从而产生电荷分离。
这些电荷分离会导致电场的变化，进而引起电流的流动。
当电流通过一个声音放大器时，就可以将电信号转化为声音信号，从而产生声音。
压电效应的应用非常广泛。
在声音产生方面，压电陶瓷是最常用的材料之一。
压电陶瓷具有良好的压电性能，可以将机械能转化为电能，从而产生声音。
压电陶瓷广泛应用于扬声器、麦克风、传感器等设备中。
例如，扬声器中的振动膜就是由压电陶瓷制成的，当电信号通过压电陶瓷时，会引起振动膜的振动，从而产生声音。
同样地，麦克风中的压电陶瓷也可以将声音转化为电信号，从而实现声音的录制和传输。
除了声音产生，压电效应还有其他的应用。
例如，压电陶瓷可以用于超声波的发射和接收。
超声波是一种频率高于人耳听觉范围的声波，它在医学、工业、生物等领域有着广泛的应用。
压电陶瓷可以将电信号转化为超声波信号，从而用于超声波的发射。
同时，压电陶瓷也可以将超声波信号转化为电信号，从而用于超声波的接收和检测。
此外，压电效应还可以用于能量的转换和储存。
由于压电材料可以将机械能转化为电能，因此可以将压电材料应用于能量的转换和储存装置中。
例如，压电陶瓷可以用于制作压电发电机，将机械能转化为电能。
这种发电机可以应用于一些无线传感器网络、自供电传感器等场合，实现能量的自给自足。
总之，压电效应是一种重要的物理现象，它可以用来产生声音，并在声音产生、超声波发射接收、能量转换储存等方面有着广泛的应用。
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石英晶体的压电效应
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26.05.2020
现分别进行如下实验：
（1）当晶片受到沿x轴方向的力Fx作用时，通过冲击电流 计，可测出在x轴方向电极面上的电荷q(1)1。并发现x轴 方向电极面上的电荷密度（q(1)1/llw）的大小与x轴方向 单位面积上的力（Fx /llw）成正比，即：
q (1) 1
P 2 E 0 ( d 2 5 X 5 d 2 6 X 6 ) ( d 1 4 X 5 2 d 1 1 X 6 ) （4-7）
• 振动模式：
– 振动模式、压电振子的等效电路、机电类比和机电 网络
• 谐振器和振荡器：
– 谐振器的等效电路、振动模式；振荡器原理
石英晶体的压电效应
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压电效应 Piezoelectric effect
• 压电效应 (Piezoelectric effect)：是指材料在压力作用下 产生与压力成正比的电荷量，正压电效应；或者在电压作 用下，材料发生与电压成正比的机械形变量，逆压电效应。 压电效应由压电方程描写；材料的压电性由压电常数决定。 并不是所有材料都具有压电性，只有满足一定对称性的晶 体材料才会有压电效应。
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—石英晶体属于六角晶系32点群，坐标系o-xyz。
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在晶体x轴垂直的方向上，切下一块薄晶片，晶片面与x轴垂 直，如图4-1b所示，称为x切割。更详细的说法是：如果晶 片的厚度沿x轴方向，长度沿y方向，则称为xy切割。该晶片 的长度为l，宽度为lw，厚度为lt，与x轴垂直的二个晶面上涂 上电极，并与冲击电流计连接(测量电量用)，如图4-1c所示。
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（5）当晶片受到切应力X5或X6作用时，通过冲击电流计， 并发现x方向电极面上不产生电荷，于是有
P(5) 1
d15X 5
0
P(6) 1
d16X 6
0
(4-5)
因为X50，X60，故压电常数d15=0，d16=0，由此可见， 对于x切割的石英晶片，当受到切应力X5或X6的作用时， 在x方向并不产生压电效应。
Fx
ll w
ll w
因为（q(1)1/llw）是极化强度分量P(1)1；（Fx/llw）为x 方向的应力X1，于是得到
P(1) 1
X1
P(1) 1
d11X1
(4-1)
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作用在立方体上的应力（stress）张量元
内应力作用在物体上的 总力矩等于零，因此存 在如下关系：
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（4）当晶片受到切应力X4作用时，通过冲击电流计，可测 出在x方向电极面上的面电荷密度（q(4)1/llw）= P(4)1，并 发现P(4)1与X2成正，于是：
P(4) 1
d14X4
(4-4)
式中： P(4)1为晶片只受切应力X4作用时，在x方向产生的 极化强度分量，比例系数d14称为压电常数。
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综合上述实验结果得到，选x方向为电极面，当电场E=0时， 应力张量X对x方向的极化强度分量P1的贡献为：
P 1E 0 (d 1 1 X 1 d 1 1 X 2 d 1 4 X 4)
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当选y方向为电极面，重复上述实验，当电场E=0时， 应力张量X对y方向的极化强度分量P2的贡献为：
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（2）当晶片受到沿y方向的力Fy作用时，通过冲击电流计， 可测出在x轴方向电极面上的电荷q(2)1，并发现x方向电 极面上的电荷密度（q(2)1/llw）的大小与y方向单位面积 上的力（Fy/lwlt）成正比，因为（q(2)1/llw）是极化强度 分量P(2)1。（Fy/lwlt）为y方向的应力X2，于是有：
yz zy xz zx xy yx
应力：作用在单位面积上的力
缩写下标: X1 X2 X3 X4 X5 X6 xx yy zz yz xz xy
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应变（strain）张量元的定义
u x
1 2
u y
v
x
1 2
u z
wx
exx exy exz
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（3）当晶片受到沿z方向的力Fz作用时，通过冲击电流计， 并发现x方向电极面上不产生电荷。即有：
P(3) 1
d13X3
0
(4-3)
因为X30，故压电常数d13=0。由此可见，对于x切割的石 英晶片，当z方向受到应力X3的作用时，在x方向并不产生 压电效应。
eyy
eyz ezz
v y
1 2
v z
w
y
w
z
其中：u、v、w分别是沿x、y、z方向的形变量。
应变：形变的相对变化量
缩写下标:
伸缩应变：Extension 切应变：Shear
x1 x2 x3 x4 x5 x6 exx eyy ezz 2eyz 2exz 2exy
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P(2) 1
X2
P(2) 1
d12X2
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式中：P(2)1为晶片只受到y方向的应力X2作用时，在x方向 产生的极化强度分量，比例系数d12也称为压电常数。
实 验 上 还发 现 当 X1=X2 时 ， 存 在 P(2)1= -P(1)1 ， 由 此 可 得 d11=-d12，即石英晶体的压电常数d12的大小等于压电常数 d11的负值。
• 比较：电致伸缩效应(electrostriction)，在电压作用材料 发生于电学量的平方成正比的形变；几乎所有材料都具有 电致伸缩效应；没有逆效应。
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力学量-电学量关系
压电效应： 线性效应，有正、逆效应
电致伸缩效应： 非线性效应，无逆效应
石英晶体的压电效应
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压电效应
王春雷 山东大学 物理学院 晶体材料国家重点实验室
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• 石英晶体：
– 石英晶体的结构、培育、主要特性、质量检验、缺 陷和电清洗
• 压电效应：
– 压电效应、压电方程、切型和定向、旋转坐标系、 频率温度系数