压电效应(Piezoelectric effect)

压电效应论文

中南大学材料科学与工程学院课程设计论文题目：压电效应简析专业：材料加工班级：1010******学号：********** 指导教师：***二○一二年十一月压电效应简析一、压电效应（piezoelectric effect）概述1.1 压电效应的定义某些电介质，当沿着一定方向对其施力使它变形，其内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，我们把这种现象称为压电效应。

1.2 压电效应分类压电效应分为正压电效应和负压电效应。

正压电效应：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

通过此过程把机械能转化成电能的现象，称为正压电效应负压电效应：当在电介质极化方向施加电场，引起晶体机械变形的现象，称为负压电效应。

它是压电效应的逆效应。

其产生的原因是，压电晶体中的晶格在电场力的作用下产生较强的内应力而导致变形。

压电晶体在交变电场的作用下，其内应力和形变都会发生周期性变化，从而产生机械振动。

也称为电致伸缩效应。

1.3 压电效应的特性与作用：由压电效应原理可知，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

因此，压电材料可实现机械能—电能量的相互转换。

1.4 压电效应的历史和发展压电效应是1880年由法国著名物理学家，放射学先去皮埃尔•居里先生和雅克•保罗•居里发现的。

他们发现某些晶体特别是石英等受到挤压或者拉伸力的作用后，会在相对的两个平面上产生异号电荷，且密度与电压成正比。

一旦电荷出现，放点过程的发光便相伴而生。

由此可知，当石英晶质体绵延几公里的时候，震前上百巴的应力变化足以造成百万伏的触发电压，低空的放点发光便在情理之中。

经过一百多年的研究，人们发现压电效应有两种，机械能转变为电能是正效应，相反为逆效应，而且有20多种晶体均含有压电效应。

压电

压电复合材料压电复合材料是由压电相材料与非压电相材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的一种具有压电效应的复合材料。

与压电陶瓷相比较具有更低的密度和声阻抗，从而使其与生物体、非金属材料、水与气体介质有着更好的匹配特性；其Qm值比普通压电陶瓷低2-3个数量级，使其很适合制作宽带窄脉冲换能器；压电复合材料具有较高的接收电压灵敏度；其平面机电耦合系数要小于普通压电陶瓷的平面机电耦合系数，使能量更能集中于厚度模。

因此压电复合材料在料位、液位传感器；医疗探头；无机非金属材料无损检测超声领域；声纳、水听器、深度仪、鱼探仪等水声领域；声学成象、机器人领域都有巨大的应用前景。

目前世界压电复合材料的市场前景相当可观，其在军事领域的作用也是巨大的，用其制作的被动声纳换能器，作用距离可以提高1-3倍，因此，压电复合材料的研究，无论是在民用方面还是军事领域都具有非常重要的意义。

一：1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，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，又重新恢复到不带电状态。

这种现象称压电效应（Piezoelectric Effect）。

正压电效应：机械能转化为电能逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，即电致伸缩效应。

——具有压电效应的压电材料可以实现机械能和电能的相互转化。

正压电效应的电位移与施加的应力有：D=dT逆压电效应的应变与施加的电场强度有：S=dE——d为压电常数2压电材料①压电晶体，主要包括压电石英晶体和其它压电单晶。

②压电陶瓷一元系：钛酸铅(PT)二元系：锆钛酸铅系列PbTiO3-PbZrO3(PZT)和铌酸盐系列KNbO3-PbNb2O3三元系：PMN 由铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3钛酸铅PbTiO3-锆钛酸铅PbZrO3三成分配比而成四元系：综合性能更加优越③高分子聚合物，聚氟乙烯（PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)④压电复合材料3压电材料的性能（1）机电偶合系数（2）机械品质因数（3）频率常数（4）压电常数（5）弹性模量、相对介电常数、居里温度等。

压电片的工作原理

压电片的工作原理
压电片（Piezoelectric ceramic）基于压电效应工作，是一种能够将机械能转化为电能或者将电能转化为机械能的材料。

其工作原理如下：
1. 压电效应：当施加压力或拉伸力于压电片上时，会使压电片内部的正负电荷不均匀分布。

这是由于压电片的晶体结构具有非对称性，因而会在应力作用下发生原子位移，导致产生电偶极矩。

2. 电-机耦合效应：当外部施加电场于压电片上时，会使其内部的正负电荷产生移动，导致压电片发生形变或者振动。

这是由于电场会改变晶体结构中离子位移的平衡位置，从而使晶体变形。

基于这两个效应，压电片可用于传感器、驱动器、换能器等多个领域。

例如，将压电片用作传感器时，外界的压力或应力会使其产生电荷，并通过测量这些电荷的变化来检测压力或应力的大小；而将压电片用于驱动器时，通过施加外部电场控制其振动或形变的特性来实现机械运动或声学转换。

压电效应——精选推荐

压电效应科技名词定义中文名称：压电效应英文名称：piezoelectric effect定义1：在缺少对称中心的晶态物质中，由电极化强度产生与电场强度成线性关系的机械变形和反之由机械变形产生电极化强度的现象。

与压电效应同时还能发生电致伸缩。

所属学科：电力(一级学科)；通论(二级学科)定义2：不存在对称中心的异极晶体，受外力作用发生机械应变时在晶体中诱发出介电极化或电场的现象(称为正压电效应)，或者在这种晶体加上电场使晶体极化，而同时出现应变或应力的现象(称为逆压电效应)。

所属学科：机械工程(一级学科)；工业自动化仪表与系统(二级学科)；机械量测量仪表-机械量测量仪表一般名词(三级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片压电效应压电效应：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，或称为电致伸缩现象。

依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。

目录英文名称压电效应分类压电效应历史与应用巧用打火机演示压电效应压电晶体压电高分子压电陶瓷--信息时代的新型材料压电陶瓷的应用压电效应应用及现状压电效应对对发电机原理的介绍英文名称压电效应分类压电效应历史与应用巧用打火机演示压电效应压电晶体压电高分子压电陶瓷--信息时代的新型材料压电陶瓷的应用压电效应应用及现状压电效应对对发电机原理的介绍展开压电效应英文名称Piezoelectric effect压电效应分类压电效应压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

物理探索与演示实验1(电磁学)

实验二
【实验目的】
演示起电现象
感应起电机
【实验器材】
维氏起电机，包括由起电盘、放电球、莱顿瓶、感应电刷、皮带轮、集电梳、连接片，起电圆盘涂有许多片铝箔，如图所示
【实验原理】
起电机是利用感应作用来起电的，在通常情况下，由于大气中带电粒子的碰撞，或者以前实验残留下来的电荷，是能够自己带电的，当两个起电盘快速旋转时，带电系统特别是装有绝缘手柄的放电叉的球部，分别积聚起不同电性的电荷。随着起电过程不断交替进行，感应起电的作用越来越强，两个导电系统积聚的不同符号的电荷越来越多，它们之间的电势差也越来越大。
【实验操作与现象】
把起电机放电球调整到合适的位置，摇动圆盘把手，当两个起电盘快速旋转时，放电叉的球部分别聚集起不同电性的大量电荷，而形成火花放电。注意观察放电现象。
【注意事项】
1、操作起电机时，动作要缓和，由慢到快，但速度不能太快，过快了会影响中和电刷与导电层接触，反而不能起电，也容易损坏起电盘。摇转停止时亦需慢慢进行，可松开手柄靠摩擦作用使其自然减慢，以防起电盘由于惯性从转动轴上松脱。 2、起电机带电后和停止摇动时，由于集电杆等处带有电荷，操作者不要触摸实验设备，应将两个放电球接触，进行正负电荷中和， 3、两放电球接触后不能再转动摇把手，避免两个起电盘上所有导电层正负电荷完全中和，不能再起电。
实验九
实验目的
压电效应
演示压电晶体在压缩力作用下，在两面能够产生电位差，即机械振动通过压电晶体转换为电振动（电信号）；在晶体两面加上一定的电位差，晶体线度会发生一定的变化，产生机械振动，即逆压电效应。
实验仪器
压电效应演示仪，如图所示：
实验原理
一.压电效应（Piezoelectric Effect）

结构材料

结构材料：(structural material)是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料。

载流子：（charge carrier ）半导体中载运电流的带电粒子，电子和空穴,又称自由载流子。

共晶：（eutectic）指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象。

共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段，是一个液态同时生成两个固态的平衡反应。

其熔化温度称共晶温度。

热电效应：（Thermoelectric Effect ）是当受热物体中的电子，因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。

纳米材料：（nano material）是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。

碳纳米管：CNT，具有独特结构和奇异电化学催化特性;为发展新型直接电化学酶传感器提供了可能性。

表面效应：（Surface Effect）球形颗粒的比表面积与直径成反比，随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性。

复合材料：(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。

智能材料：（intelligent material）是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。

功能材料：（functional material ）是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

材料优值：某种半导体对某种应用的适合程度。

压电效应

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。
石英晶体的压电效应
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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。

chapter4压电效应

P (2) 1
T2
即：P1(2) d12T2
式中，P(2)1为晶片只受到y方向旳应力T2作用时，在x方向产生旳极化强度分量，百分比系数d12称为压电常数。
试验中还发觉当T1=T2时，存在P(2)1= -P(1)1，由此可得 d11= -d12，即石英晶体旳压电常数d12 旳大小等于压电常数d11旳负值。
—石英晶体旳最大特点是：性能稳定，频率温度系数低(可做到频率温度系数接近于零)，在通讯技术中有广泛地应用。
11
硅原子和氧原子在z平面上旳投影位置，以及因为在x方向上受到压力或张力作用时，产生正压电效应旳示意图 α－石英晶体(SiO2) 能产生压电效应，是与石英晶体内部构造分不开旳。构成α—石英晶体旳硅离子Si4+与氧离子O2-在垂直于晶体z轴旳xy平面(或称为z平面)上旳投影位置。
5
1. 压电效应旳概念
可分为正压电效应和逆压电效应
某些介电体在机械力作用下发生形变，使介电体内部正负电荷中心相对位移而发生极化，以致晶体两端表面出现符号相反旳束缚电荷，其电荷密度与应力成正比。这种由“压力”产生“电”旳现象——称为正压电效应。
6
假如将具有压电效应旳介电体 (压电晶体)置于外电场中，电场作用使介电晶体内部正负电
具有对称中心旳晶体是非压电晶体。假如具有对称中心旳晶体在某一方向
上存在电偶极矩，则根据对称中心旳对称要求，也肯定存在大小相等、方向相反旳电偶极矩。如图，这些一对对大小相等、方向相反旳电偶极矩彼此抵消，对总极化无贡献。
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晶体旳任何形变也不能变化这个中心对称性质。所以，凡具有对称中心旳晶体，肯定是非压电晶体。
同理，当晶体在x方向受到张力F作用时，晶体在x方向被拉

压电效应ppt课件

No.1
• 在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷Q〔如图6-1(a)所示〕，且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度 σ)与外应力张量T成正比.:
•
D=dT
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2.
• 压电薄膜传感器的设计主要考虑了传感器的灵敏度和信噪比，根据测量信号的频率和响应幅度，我们设计薄膜传感器的结构有如同图1所示的几种。在采集人体心音的信号时，由于心音的频响范围较宽，同时其输出的物理信号值也很微弱，采用硬质衬底和中空的设计。这样可以提高传感器中薄膜在收到心音信号时的形变量，从而提高信号强度。这样结构设计的缺点是结构不牢固，使用时间长了需要校正。
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பைடு நூலகம்
2.压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用
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原理介绍
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关于…
• 压电薄膜传感器的设计 PVDF压电薄膜是一种新型的高分子压电材料，在医用传感器中应用很普遍[2，3]。它既具有压电性又有薄膜柔软的机械性能，用它制作压力传感器，具有设计精巧、使用方便、灵敏度高、频带宽、与人体接触安全舒适，能紧贴体壁，以及声阻抗与人体组织声阻抗十分接近等一系列特点[4]，可用于脉搏心音等人体信号的检测。脉搏心音信号携带有人体重要的生理参数信息，通过对该信号的有效处理，可准确得到波形、心率次数等可为医生提供可靠的诊断依据。
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压电效应的应用

压电材料分类和电致伸缩性质讲解

•
（7.9） d S T 2 G 2 X ,Ed T T 2 G X i EX i T 2 G E m XE m
• 引入
• （7.10） X i2 G EmTE m 2 G XiT E xm i T ,X DXmi
T ,E
dmTi
E m 2 G T X T 2 G E m X D T m X ,E E S m T ,X p m X
电场附近作泰勒展开，取近似只保留一次项
•
xi x T i X,EdT X xij T,EXj E xm i T,XE m
（7.4）
• •
D m D T m X,EdT D X m i T,EX i D E m n T,XE n
（7.5）
•
dS T S X,EdT X Si T,EX i E S m T,XE m（7.6）
• 虽然电致伸缩效应通常很弱，但在某些铁电体中稍高于居里点时却相当强，而且铁电相压电常量与电致伸缩系数有关，因此，研究电致伸缩也有实用和理论两方面的意义。
§ 7．1 压电效应
7.1.1 线性状态方程和线性响应系数 • 处理电介质平衡性质的基本理论是线性
理论。该理论成立的条件是系统的状态相对其初始态的偏离较小，在特征函数对独立变量的展开式中可忽略二次以上的高次项，而在热力学量对独立变量的展开式中可以只取线性项。
• 考虑以温度T、应力X和电场E为独立变量时，相应特征函数为吉布斯自由能G。
• 假设温度、应力和电场分别发生小变化dT、dX和
dE，且初始态应力和电场为零，故dX=X，dE＝E。
这些变化足够小时，可用泰勒级数展开G，只取到
二次项
G
G0
G T
dT
G X i

压电陶瓷的基本术语

压电陶瓷的基本术语1、压电效应piezoelectric effect对某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移，产生极化，从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。

在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆关系，这种现象称为压电效应或正压电效应。

反之，如果把具有压电效应的介质置于外电场中，由于电场的作用会引起介质内部正负电荷中心位移，而这一位移又使介质发生形变。

在一定电场强度范围内，电场强度与形变呈线性可逆关系，这种效应称为逆压电效应。

2、压电陶瓷piezoelectric ceramics通过配料混合，高温烧结，粉粒之间发生固相反应后无规则集合而成的具有压电性的多晶体称为压电陶瓷。

末经过极化处理的压电陶瓷的自发极化随机取向，故没有压电性。

它存在的自发极化电畴在高压直流电场下，依外电场方向择优取向重新排列并在撤消外电场后陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化，故使陶瓷体有了压电性，成为压电陶瓷。

3、铁电性ferroelectricity某些材料在一定温度范围内具有自发极化。

而且其自发极化可以因外电场的作用而转向，故可观察到电滯回线。

材料的这种特性称为铁电性。

4、铁电陶瓷ferroelecteic ceramics具有重铁电性的陶瓷称为铁电陶瓷。

从晶体结构来看，铁电陶瓷的晶体的主晶相具有钙钛矿结构，钨青铜结构，铋层状结构和焦绿石结构等。

5、反铁电性anti-ferroelectricty反铁电体是一种反极性晶体。

由顺电相向反铁电相转变时，高温相的两个相邻晶胞产生反平行的电偶极子而成为子晶格，两者构成一个新的晶胞。

因此，晶胞的体积增大一倍。

其自由能与该晶体的铁电态自由能很接近，因而在外加电场作用下，它可由反极性相转变到铁电相，故可观察到双电滯回线。

这种性质称为反铁电性。

6、反铁电陶瓷antiferroelectric ceramics具有反铁电性的陶瓷称为反铁电陶瓷。

典型的反铁电体如：PbZrO3。

振动方面的专业英语及词汇

振动方面的专业英语及词汇振动方面的专业英语及词汇参见《工程振动名词术语》1、振动信号的时域、频域描述振动过程 (Vibration Process)简谐振动 (Harmonic Vibration)周期振动 (Periodic Vibration)准周期振动 (Ouasi-periodic Vibration)瞬态过程 (Transient Process)随机振动过程 (Random Vibration Process) 各态历经过程 (Ergodic Process)确定性过程 (Deterministic Process)振幅 (Amplitude)相位 (Phase)初相位 (Initial Phase)频率 (Frequency)角频率 (Angular Frequency)周期 (Period)复数振动 (Complex Vibration)复数振幅 (Complex Amplitude)峰值 (Peak-value)平均绝对值 (Average Absolute Value)有效值 (Effective Value，RMS Value)均值 (Mean Value，Average Value)傅里叶级数 (FS，Fourier Series)傅里叶变换 (FT，Fourier Transform)傅里叶逆变换 (IFT，Inverse Fourier Transform) 离散谱 (Discrete Spectrum)连续谱 (Continuous Spectrum)傅里叶谱 (Fourier Spectrum)线性谱 (Linear Spectrum)幅值谱 (Amplitude Spectrum)相位谱 (Phase Spectrum)均方值 (Mean Square Value)方差 (Variance)协方差 (Covariance)自协方差函数 (Auto-covariance Function)互协方差函数 (Cross-covariance Function)自相关函数 (Auto-correlation Function)互相关函数 (Cross-correlation Function)标准偏差 (Standard Deviation)相对标准偏差 (Relative Standard Deviation)概率 (Probability)概率分布 (Probability Distribution)高斯概率分布 (Gaussian Probability Distribution) 概率密度 (Probability Density)集合平均 (Ensemble Average)时间平均 (Time Average)功率谱密度 (PSD，Power Spectrum Density)自功率谱密度 (Auto-spectral Density)互功率谱密度 (Cross-spectral Density)均方根谱密度 (RMS Spectral Density)能量谱密度 (ESD，Energy Spectrum Density)相干函数 (Coherence Function)帕斯瓦尔定理 (Parseval''''s Theorem)维纳，辛钦公式 (Wiener-Khinchin Formula2、振动系统的固有特性、激励与响应振动系统 (Vibration System)激励 (Excitation)响应 (Response)单自由度系统 (Single Degree-Of-Freedom System) 多自由度系统 (Multi-Degree-Of- Freedom System) 离散化系统 (Discrete System)连续体系统 (Continuous System)刚度系数 (Stiffness Coefficient)自由振动 (Free Vibration)自由响应 (Free Response)强迫振动 (Forced Vibration)强迫响应 (Forced Response)初始条件 (Initial Condition)固有频率 (Natural Frequency)阻尼比 (Damping Ratio)衰减指数 (Damping Exponent)阻尼固有频率 (Damped Natural Frequency)对数减幅系数 (Logarithmic Decrement)主频率 (Principal Frequency)无阻尼模态频率 (Undamped Modal Frequency)模态 (Mode)主振动 (Principal Vibration)振型 (Mode Shape)振型矢量 (Vector Of Mode 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Spectrum Analysis)3 、模态试验分析模态试验 (Modal Testing)机械阻抗 (Mechanical Impedance)位移阻抗 (Displacement Impedance)速度阻抗 (Velocity Impedance)加速度阻抗 (Acceleration Impedance)机械导纳 (Mechanical Mobility)位移导纳 (Displacement Mobility)速度导纳 (Velocity Mobility)加速度导纳 (Acceleration Mobility)驱动点导纳 (Driving Point Mobility)跨点导纳 (Cross Mobility)传递函数 (Transfer Function)拉普拉斯变换 (Laplace Transform)传递函数矩阵 (Matrix Of Transfer Function)频响函数 (FRF，Frequency Response Function)频响函数矩阵 (Matrix Of FRF)实模态 (Normal Mode)复模态 (Complex Mode)模态参数 (Modal Parameter)模态频率 (Modal Frequency)模态阻尼比 (Modal Damping Ratio)模态振型 (Modal Shape)模态质量 (Modal Mass)模态刚度 (Modal Stiffness)模态阻力系数 (Modal Damping Coefficient)模态阻抗 (Modal Impedance)模态导纳 (Modal Mobility)模态损耗因子 (Modal Loss Factor)比例粘性阻尼 (Proportional Viscous Damping)非比例粘性阻尼 (Non-proportional Viscous Damping) 结构阻尼 (Structural Damping，Hysteretic Damping) 复频率 (Complex Frequency)复振型 (Complex Modal Shape)留数 (Residue)极点 (Pole)零点 (Zero)复留数 (Complex Residue)随机激励 (Random Excitation)伪随机激励 (Pseudo Random Excitation)猝发随机激励 (Burst Random Excitation)稳态正弦激励 (Steady State Sine Excitation)正弦扫描激励 (Sweeping Sine Excitation)锤击激励 (Impact Excitation)频响函数的H1 估计 (FRF Estimate by H1)频响函数的H2 估计 (FRF Estimate by H2)频响函数的H3 估计 (FRF Estimate by H3)单模态曲线拟合法 (Single-mode Curve Fitting Method) 多模态曲线拟合法 (Multi-mode Curve Fitting Method) 模态圆 (Mode Circle)剩余模态 (Residual Mode)幅频峰值法 (Peak Value Method)实频-虚频峰值法 (Peak Real／Imaginary Method)圆拟合法 (Circle Fitting Method)加权最小二乘拟合法 (Weighting Least Squares Fitting method) 复指数拟合法 (Complex Exponential Fitting method)4、振动测试的名词术语1 ）传感器测量系统传感器测量系统 (Transducer Measuring System)传感器 (Transducer)振动传感器 (Vibration Transducer)机械接收 (Mechanical Reception)机电变换 (Electro-mechanical Conversion)测量电路 (Measuring Circuit)惯性式传感器 (Inertial Transducer，Seismic Transducer)相对式传感器 (Relative Transducer)电感式传感器 (Inductive Transducer)应变式传感器 (Strain Gauge Transducer)电动力传感器 (Electro-dynamic Transducer)压电式传感器 (Piezoelectric Transducer)压阻式传感器 (Piezoresistive Transducer)电涡流式传感器 (Eddy Current Transducer)伺服式传感器 (Servo Transducer)灵敏度 (Sensitivity)复数灵敏度 (Complex Sensitivity)分辨率 (Resolution)频率范围 (Frequency Range)线性范围 (Linear Range)频率上限 (Upper Limit Frequency)频率下限 (Lower Limit Frequency)静态响应 (Static Response)零频率响应 (Zero Frequency Response)动态范围 (Dynamic Range)幅值上限 Upper Limit Amplitude)幅值下限 (Lower Limit Amplitude)最大可测振级 (Max．Detectable Vibration Level)最小可测振级 (Min．Detectable Vibration Level)信噪比 (S/N Ratio)振动诺模图 (Vibration Nomogram)相移 (Phase Shift)波形畸变 (Wave-shape Distortion)比例相移 (Proportional Phase Shift)惯性传感器的稳态响应(Steady Response Of Inertial Transducer)惯性传感器的稳击响应 (Shock Response Of Inertial Transducer) 位移计型的频响特性(Frequency Response Characteristics Vibrometer)加速度计型的频响特性(Frequency Response Characteristics Accelerometer)幅频特性曲线 (Amplitude-frequency Curve)相频特性曲线 (Phase-frequency Curve)固定安装共振频率 (Mounted Resonance Frequency)安装刚度 (Mounted Stiffness)有限高频效应 (Effect Of Limited High Frequency)有限低频效应 (Effect Of Limited Low Frequency)电动式变换 (Electro-dynamic Conversion)磁感应强度 (Magnetic Induction， Magnetic Flux Density)磁通 (Magnetic Flux)磁隙 (Magnetic Gap)电磁力 (Electro-magnetic Force)相对式速度传 (Relative Velocity Transducer)惯性式速度传感器 (Inertial Velocity Transducer)速度灵敏度 (Velocity Sensitivity)电涡流阻尼 (Eddy-current Damping)无源微(积)分电路 (Passive Differential (Integrate) Circuit) 有源微(积)分电路 (Active Differential (Integrate) Circuit)运算放大器 (Operational Amplifier)时间常数 (Time Constant)比例运算 (Scaling)积分运算 (Integration)微分运算 (Differentiation)高通滤波电路 (High-pass Filter Circuit)低通滤波电路 (Low-pass Filter Circuit)截止频率 (Cut-off Frequency)压电效应 (Piezoelectric Effect)压电陶瓷 (Piezoelectric Ceramic)压电常数 (Piezoelectric Constant)极化 (Polarization)压电式加速度传感器 (Piezoelectric Acceleration Transducer) 中心压缩式 (Center Compression Accelerometer)三角剪切式 (Delta Shear Accelerometer)压电方程 (Piezoelectric Equation)压电石英 (Piezoelectric Quartz)电荷等效电路 (Charge Equivalent Circuit)电压等效电路 (Voltage Equivalent Circuit)电荷灵敏度 (Charge Sensitivity)电压灵敏度 (Voltage Sensitivity)电荷放大器 (Charge Amplifier)适调放大环节 (Conditional Amplifier Section)归一化 (Uniformization)电荷放大器增益 (Gain Of Charge Amplifier)测量系统灵敏度 (Sensitivity Of Measuring System)底部应变灵敏度 (Base Strain Sensitivity)横向灵敏度 (Transverse Sensitivity)地回路 (Ground Loop)力传感器 (Force Transducer)力传感器灵敏度 (Sensitivity Of Force Transducer)电涡流 (Eddy Current)前置器 (Proximitor)间隙-电压曲线 (Voltage vs Gap Curve)间隙-电压灵敏度 (Voltage vs Gap Sensitivity)压阻效应 (Piezoresistive Effect)轴向压阻系数 (Axial Piezoresistive Coefficient)横向压阻系数 (Transverse Piezoresistive Coefficient)压阻常数 (Piezoresistive Constant)单晶硅 (Monocrystalline Silicon)应变灵敏度 (Strain Sensitivity)固态压阻式加速度传感器(Solid State Piezoresistive Accelerometer)体型压阻式加速度传感器(Bulk Type Piezoresistive Accelerometer)力平衡式传感器 (Force Balance Transducer)电动力常数 (Electro-dynamic Constant)机电耦合系统 (Electro-mechanical Coupling System)2）检测仪表、激励设备及校准装置时间基准信号 (Time Base Signal)李萨茹图 (Lissojous Curve)数字频率计 (Digital Frequency Meter)便携式测振表 (Portable Vibrometer)有效值电压表 (RMS Value Voltmeter)峰值电压表 (Peak-value Voltmeter)平均绝对值检波电路 (Average Absolute Value Detector) 峰值检波电路 (Peak-value Detector)准有效值检波电路 (Quasi RMS Value Detector)真有效值检波电路 (True RMS Value Detector)直流数字电压表 (DVM，DC Digital Voltmeter)数字式测振表 (Digital Vibrometer)A/D 转换器 (A/D Converter)D/A 转换器 (D/A Converter)相位计 (Phase Meter)电子记录仪 (Lever Recorder)光线示波器 (Oscillograph)振子 (Galvonometer)磁带记录仪 (Magnetic Tape Recorder)DR 方式(直接记录式) (Direct Recorder)FM 方式(频率调制式) (Frequency Modulation)失真度 (Distortion)机械式激振器 (Mechanical Exciter)机械式振动台 (Mechanical Shaker)离心式激振器 (Centrifugal Exciter)电动力式振动台 (Electro-dynamic Shaker)电动力式激振器 (Electro-dynamic Exciter)液压式振动台 (Hydraulic Shaker)液压式激振器 (Hydraulic Exciter)电液放大器 (Electro-hydraulic Amplifier)磁吸式激振器 (Magnetic Pulling Exciter)涡流式激振器 (Eddy Current Exciter)压电激振片 (Piezoelectric Exciting Elements)冲击力锤 (Impact Hammer)冲击试验台 (Shock Testing Machine)激振控制技术 (Excitation Control Technique)波形再现 (Wave Reproduction)压缩技术 (Compression Technique)均衡技术 (Equalization Technique)交越频率 (Crossover Frequency)综合技术 (Synthesis Technique)校准 (Calibration)分部校准 (Calibration for Components in system)系统校准 (Calibration for Over-all System)模拟传感器 (Simulated Transducer)静态校准 (Static Calibration)简谐激励校准 (Harmonic Excitation Calibration)绝对校准 (Absolute Calibration)相对校准 (Relative Calibration)比较校准 (Comparison Calibration)标准振动台 (Standard Vibration Exciter)读数显微镜法 (Microscope-streak Method)光栅板法 (Ronchi Ruling Method)光学干涉条纹计数法 (Optical Interferometer Fringe Counting Method)光学干涉条纹消失法(Optical Interferometer Fringe Disappearance Method)背靠背安装 (Back-to-back Mounting)互易校准法 (Reciprocity Calibration)共振梁 (Resonant Bar)冲击校准 (Impact Exciting Calibration)摆锤冲击校准 (Ballistic Pendulum Calibration)落锤冲击校准 (Drop Test Calibration)振动和冲击标准 (Vibration and Shock Standard)迈克尔逊干涉仪 (Michelson Interferometer)摩尔干涉图象 (Moire Fringe)参考传感器 (Reference Transducer)3 ）频率分析及数字信号处理带通滤波器 (Band-pass Filter)半功率带宽 (Half-power Bandwidth)3 dB 带宽 (3 dB Bandwidth)等效噪声带宽 (Effective Noise Bandwidth)恒带宽 (Constant Bandwidth)恒百分比带宽 (Constant Percentage Bandwidth)1/N 倍频程滤波器 (1/N Octave Filter)形状因子 (Shape Factor)截止频率 (Cut-off Frequency)中心频率 (Centre Frequency)模拟滤波器 (Analog Filter)数字滤波器 (Digital Filter)跟踪滤波器 (Tracking Filter)外差式频率分析仪 (Heterodyne Frequency Analyzer) 逐级式频率分析仪 (Stepped Frequency Analyzer)扫描式频率分析仪 (Sweeping Filter Analyzer)混频器 (Mixer)RC 平均 (RC Averaging)平均时间 (Averaging Time)扫描速度 (Sweeping Speed)滤波器响应时间 (Filter Response Time)离散傅里叶变换 (DFT，Discrete Fourier Transform) 快速傅里叶变换 (FFT，Fast Fourier Transform)抽样频率 (Sampling Frequency)抽样间隔 (Sampling Interval)抽样定理 (Sampling Theorem)抗混滤波 (Anti-aliasing Filter)泄漏 (Leakage)加窗 (Windowing)窗函数 (Window Function)截断 (Truncation)频率混淆 (Frequency Aliasing)乃奎斯特频率 (Nyquist Frequency)矩形窗 (Rectangular Window)汉宁窗 (Hanning Window)凯塞-贝塞尔窗 (Kaiser-Bessel Window)平顶窗 (Flat-top Window)平均 (Averaging)线性平均 (Linear Averaging)指数平均 (Exponential Averaging)峰值保持平均 (Peak-hold Averaging)时域平均 (Time-domain Averaging)谱平均 (Spectrum Averaging)重叠平均 (Overlap Averaging)栅栏效应 (Picket Fence Effect)吉卜斯效应 (Gibbs Effect)基带频谱分析 (Base-band Spectral Analysis)选带频谱分析 (Band Selectable Sp4ctralAnalysis)细化 (Zoom)数字移频 (Digital Frequency Shift)抽样率缩减 (Sampling Rate Reduction)功率谱估计 (Power Spectrum Estimate)相关函数估计 (Correlation Estimate)频响函数估计 (Frequency Response Function Estimate) 相干函数估计 (Coherence Function Estimate)冲激响应函数估计 (Impulse Response Function Estimate) 倒频谱 (Cepstrum)功率倒频谱 (Power Cepstrum)幅值倒频谱 (Amplitude Cepstrum)倒频率 (Quefrency)4 旋转机械的振动测试及状态监测状态监测 (Condition Monitoring)故障诊断 (Fault Diagnosis)转子 (Rotor)转手支承系统 (Rotor-Support System)振动故障 (Vibration Fault)轴振动 (Shaft Vibration)径向振动 (Radial Vibration)基频振动 (Fundamental Frequency Vibration)基频检测 (Fundamental Frequency Component Detecting) 键相信号 (Key-phase Signal)正峰相位 ( Peak Phase)高点 (High Spot)光电传感器 (Optical Transducer)同相分量 (In-phase Component)正交分量 (Quadrature Component)跟踪滤波 (Tracking Filter)波德图 (Bode Plot)极坐标图 (Polar Plot)临界转速 (Critical Speed)不平衡响应 (Unbalance Response)残余振幅 (Residual Amplitude)方位角 (Attitude Angle)轴心轨迹 (Shaft Centerline Orbit)正进动 (Forward Precession)同步正进动 (Synchronous Forward Precession) 反进动 (Backward Precession)正向涡动 (Forward Whirl)反向涡动 (Backward Whirl)油膜涡动 (Oil Whirl)油膜振荡 (Oil Whip)轴心平均位置 (Average Shaft Centerline Position) 复合探头 (Dual Probe)振摆信号 (Runout Signal)电学振摆 (Electrical Runout)机械振摆 (Mechanical Runout)慢滚动向量 (Slow Roll Vector)振摆补偿 (Runout Compensation)故障频率特征 (Frequency Characteristics Of Fault) 重力临界 (Gravity Critical)对中 (Alignment)双刚度转子 (Dual Stiffness Rotor)啮合频率 (Gear-mesh Frequency)间入简谐分量 (Interharmonic Component)边带振动 (Side-band Vibration)三维频谱图 (Three Dimensional Spectral Plot)瀑布图 (Waterfall Plot)级联图 (Cascade Plot)阶次跟踪 (Order Tracking)阶次跟踪倍乘器 (Order Tracking Multiplier)监测系统 (Monitoring System)适调放大器 (Conditional Amplifier)趋势分析 (Trend Analysis)倒频谱分析 (Cepstrum Analysis)直方图 (Histogram)确认矩阵 (Confirmation Matrix) 通频幅值 (Over-all Amplitude) 幅值谱 (Amplitude Spectrum) 相位谱 (Phase Spectrum)报警限 (Alarm Level)来源网络，侵删。

压电效应

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：
P2
E0
( d 25 X 5 d 26 X 6 ) ( d 14 X 5 2 d 11 X 6 )
（4-7）
即石英晶体的压电常数d25=-d14，d26=-2d11。
石英晶体的压电效应
0 2 d 11 0
式中附标E表示电场强度E=0。
X1 X 2 X3 X 4 X5 X 6

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从以上两式式可以看出： (1) 对于石英晶体不是在任何方向上都存在压电效应，只有在某些方向上，在某些力的作用下，产生才能出现正压电效应。例如，在石英晶体x方向，只有X1、X2、X4作用时，
在压电物理中常用电位移D代替极化强度P，当电场E=0时， D=0E+P=P，电位移的三个分量：D1=P1，D2=P2，D3=P3。
将这些关系代入到（4-9）式，即得到用电位移分量与应力分量表示的石英晶体正向压电效应的表示式为：
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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
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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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石英晶体的压电效应

压电材料和电致伸缩总结

•
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sE,T ij
X
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（7.16）
• •
•
这就Dd是Sm弹性pcTm电XEd,X介Td质Td的mTai线XiE X性i i 状 mTp态n,mXX方EEmn程。（（方77程..11中87））的系数
为线性响应系数，它们是电介质物性参量。上标标
明响应过程中保持不变的量。由式(7.10)-(7.15)可
• 1881年，Lippman应用热力学原理预言逆压电效应(converse piezoelectric effect)，即电场可引起与之成正比的应变。这一预言被居里兄弟用实验所证实。
压电材料的实用化
• 压电材料实用化是进一步研究压电效应推动力。实用化方面早期有两个奠基性的工作：
• 第一，1916年朗之万发明了用石英晶体制作的水声发射器和接收器，并用于探测水下的物体。
• 1947年发现BaTiO3陶瓷强直流电场作用后也具有压电性，结束压电材料局限于单晶的局面。这一阶段成果在Mason的经典著作《压电晶体及其在超声中的应用》有全面的论述。
• 后来陆续出现了新型压电晶体和以PZT为主性能优异压电陶瓷，并出版了关于压电陶瓷的专著。
• IRE(以及后来的IEEE)制订和发布一系列关于压电晶体的标准，推动测量方法的规范化和现代化。
• 虽然电致伸缩效应通常很弱，但在某些铁电体中稍高于居里点时却相当强，而且铁电相压电常量与电致伸缩系数有关，因此，研究电致伸缩也有实用和理论两方面的意义。
§ 7．1 压电效应
7.1.1 线性状态方程和线性响应系数 • 处理电介质平衡性质的基本理论是线性
理论。该理论成立的条件是系统的状态相对其初始态的偏离较小，在特征函数对独立变量的展开式中可忽略二次以上的高次项，而在热力学量对独立变量的展开式中可以只取线性项。

几种常见压力传感器的测量原理了解一下

几种常见压力传感器的测量原理了解一下自动化技术的进步带动了工业设备的更新换代。

除了液柱式压力计、弹性式压力表外，工业设备中采用更多的是可将压力转换成电信号的压力变送器和传感器。

那么这些压力变送器和传感器是如何将压力信号转换为电信号的呢？1、压电压力传感器基于压电效应（Piezoelectric effect），利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器。

压电传感器只可以应用在动态测量当中。

主要的压电材料是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。

随着技术的发展，压电效应也已经在多晶体上得到应用了。

例如：压电陶瓷，铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。

以压电效应为工作原理的传感器是机电转换式和自发电式传感器。

它的敏感元件是用压电材料制作而成的。

当压电材料受到外力作用时表面会形成电荷，电荷通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受外力成正比关系的电量输出。

它用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：加速度和压力。

优点是：重量较轻、工作可靠、结构简单、信噪比高、灵敏度高以及信频宽等。

缺点是：有部分电压材料忌潮湿，因此需要采取一系列的防潮措施；而输出电流响应又比较差，就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点。

2、压阻压力传感器压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。

不同于压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不会产生电荷。

大多数金属材料与半导体材料都被发现具有压阻效应。

由于硅是现今集成电路的主要材料，以硅制作而成的压阻元件的应用就变得非常有意义。

电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，而且也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。

压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。

平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。

压力传感器工作理图解

压力传感器工作理图解————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：压力传感器工作原理图解随着自动化技术的进步，在工业设备中，除了液柱式压力计、弹性式压力表外，目前更多的是采用可将压力转换成电信号的压力变送器和传感器。

那么这些压力变送器和传感器是如何将压力信号转换为电信号的呢？不同的转换方式又有什么特点呢？今天电工学习网为大家汇总了目前常见的几种压的测量原理，希望能对大家有所帮助。

一、压电压力传感器压电式压力传感器主要基于压电效应（Piezoelectric effect），利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器，比如很多压力变送器和压力传感器。

压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来。

但是实际上并不是这样的。

因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。

它主要的压电材料是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。

压电效应就是在石英上发现的。

当应力发生变化的时候，电场的变化很小很小，其他的一些压电晶体就会替代石英。

酒石酸钾钠，它是具有很大的压电系数和压电灵敏度的，但是，它只可以使用在室内的湿度和温度都比较低的地方。

磷酸二氢胺是一种人造晶体，它可以在很高的湿度和很高的温度的环境中使用，所以，它的应用是非常广泛的。

随着技术的发展，压电效应也已经在多晶体上得到应用了。

例如：压电陶瓷，铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。

以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。

它的敏感元件是用压电的材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。

它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：加速度和压力。

6.1.1 压电效应及压电材料

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反之，如果给晶体施加以交变电场，晶体本身则产生机械变形，这种现象称为逆压电效应，又称电致伸缩效应。
压电效应具有可逆性。
5
压电材料
具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料能实现机—电能量的相互转换。
在自然界中大多数晶体具有压电效应，但压电效应十分微弱，随着对材料的深入研究，发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。
3
6.1 压电效应及压电材料
6.1.1 压电效应一些晶体结构的材料，当沿着一定方向受到外力作
用时，内部产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；而当外力去掉后，又恢复不带电的状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变。
4
压电传感器
晶体受作用力产生的电荷量与外力的大小成正比，这种机械能转换为电能的现象称为正压电效应。
压电材料分为两大类：压电晶体和压电陶瓷。
6
压电材料的主要特性参数
（1）压电Biblioteka 数：是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电器件输出的灵敏度。
（2）弹性常数：压电材料的弹性常数、刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。
（3）介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。
变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。
1
法国物理学家
居里兄弟（后二）
2
朗之万
压电传感器的特点
体积小、重量轻、结构简单、工作可靠；适合动态力学测量，不能测量静态量。目前多用于加速度和动态力学或压力的测量。压电传感器是一个机电转换元件。