05-压电
压电驱动技术及压电驱动器的应用研究PPT
06
CHAPTER
压电驱动技术的前沿研究动 态
高性能压电材料的研究进展
高性能压电陶瓷材料
研究具有高机电耦合系数、低介电损耗的压电陶瓷材料，提高驱 动器的转换效率。
压电复合材料
利用不同材料的组合，发挥各自优点，提高压电材料的综合性能。
无铅压电材料
开发环保型的无铅压电材料，替代传统含铅材料，降低环境污染。
智能传感器
利用压电驱动技术实现传感器的高灵敏度、快速响应和低 能耗。
精密定位与微动系统
利用压电驱动器实现高精度定位和微动，应用于微纳制造、 生物医疗等领域。
环境感知与自适应控制
研究基于压电驱动技术的环境感知系统，实现自适应调节 和控制。
THANKS
谢谢
05
CHAPTER
压电驱动技术的实验研究
实验设备与方法
1 2
压电陶瓷
选用高性能的PZT-5A型压电陶瓷作为驱动元件， 其具有较高的机电耦合系数和良好的稳定性能。
驱动器设计
根据实际需求，设计不同规格和形状的压电驱动 器，如直线型、弯曲型和振动型等。
3பைடு நூலகம்
实验平台搭建
搭建实验平台，包括电源、信号发生器、数据采 集与处理系统等，用于测试压电驱动器的性能。
拓展应用领域
医疗领域
利用压电驱动器的小型化和精确 控制特性，开发用于医疗设备的 精密驱动器，如手术机器人和微
型植入物。
微纳制造领域
利用压电驱动器的快速响应和高精 度特性，在微纳制造领域实现高精 度的定位、装配和加工。
航空航天领域
在航空航天领域，利用压电驱动器 的轻量化和高可靠性特性，开发用 于飞行器的高效、轻量化的驱动系 统。
压电驱动器能够实现高精度的振动控制和声波调制，被广泛应用于无损检测、噪 声控制、地震探测等领域。
简述压电效应及其类型
简述压电效应及其类型
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，即晶体的形变会导致电荷的重新分布，从而产生电压。
这一效应最早由法国物理学家皮埃尔·居里在1880年首次发现，他发现某些晶体在受到机械应力时会产生电荷，而这一现象被称为压电效应。
压电效应在当今的科技领域中具有广泛的应用，例如压电陶瓷的应用于超声波传感器、压电陶瓷马达等。
根据压电效应的不同表现形式，可以将其分为直接压电效应和逆压电效应两种类型。
直接压电效应是指当某些晶体受到外力作用时，会产生电荷分离的现象，从而产生电压。
而逆压电效应则是指当这些晶体受到外加电场时，会产生形变。
这两种效应都是由于晶体结构的非对称性导致的，在受到外力或者外场的作用下，晶体内部的正负电荷会发生重新分布，从而产生电压或者形变。
在实际的应用中，压电效应被广泛应用于传感器、换能器、马达等领域。
其中，压电传感器是压电效应的一种重要应用，它可以将机械能转换为电能，从而实现对机械运动的监测和测量。
此外，压电换能器也是压电效应的重要应用之一，它可以将电能和机械能相互转换，例如将电信号转换为声音信号或者振动信号。
而压电马达则是利用压电效应产生的形变来驱动机械运动，具有结构简单、响应速度快等优点。
总的来说，压电效应是一种重要的物理现象，在科技领域中具有广泛的应用前景。
通过对压电效应的深入研究和应用，可以实现更多领域的创新和发展，为人类社会带来更多便利和进步。
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。
压电材料、原理、应用精讲
z
x
y
o
01
PART ONE
石英晶体 (a) 晶体外形； (b) 切割方向； (c) 晶片
d11——x方向受力,x方向产生电量的压电系数
若从晶体上沿y方向切下一块晶片，当沿电轴x方向施加作用力Fx时，在与电轴x垂直的平面上将产生电荷， 其大小为
若在同一切片上，沿机械轴y方向施加作用力Fy，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷qx，其大小为
32种点群中，21种点群没有对称中心，其中20种点群具有压电效应，其中只有10种点群具有热释电效应及自发极化，而其中具有电滞回线的才是铁电体。
自发极化
所谓自发极化就是在自然条件下晶体的某些分子正负电荷中心不重合，形成一个固有的偶极矩，在垂直极轴的两个端面上就会造成大小相等、符号相反的面束缚电荷。
薄圆片径向振动
Np=fr×D
薄板厚度伸缩振动
Nt=fr×t
细长棒K33振动
N33=fr×l
薄板切变K15振动
N15=fr×lt
D为圆片的直径
t为薄板的厚度
l为棒的长度
lt为薄板的厚度
6.2.2 压电材料简要发展历史
02
1880 年，居里兄弟发现了石英晶体存在压电效应后使得压电学成为现代科学与技术的一个新兴领域。
2、机电耦合系数Kp
ห้องสมุดไป่ตู้
01
伸缩振动：极化方向与电场方向平行时产生的振动。
02
包括长度伸缩振动、厚度伸缩振动。
03
切变振动：极化方向与电场方向垂直时产生的振动。
04
包括平面切变振动、厚度切变振动。
05
纵向效应：弹性波传播方向与极化轴平行。
06
横向效应：弹性波传播方向与极化轴垂直。
常见电阻的详细信息、图片、分类
电阻制造材料和方式1、实芯碳质电阻器用碳质颗粒壮导电物质、填料和粘合剂混合制成一个实体的电阻器。
特点：价格低廉，但其阻值误差、噪声电压都大，稳定性差，目前较少用。
1.1无机合成实心碳质电阻器1.2有机合成实心碳质电阻器2、绕线电阻器用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成，外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。
绕线电阻具有较低的温度系数，阻值精度高，稳定性好，耐热耐腐蚀，主要做精密大功率电阻使用，缺点是高频性能差，时间常数大。
2.2精密线绕电阻器2.3大功率线绕电阻器2.4高频线绕电阻器3、薄膜电阻器用蒸发或沉积等方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。
主要如下：3.1 碳膜电阻器将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。
碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低，是目前应用最广泛的电阻器。
3.2 金属膜电阻器用真空蒸发的方法将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。
金属膜电阻比碳膜电阻的精度高，稳定性好，噪声，温度系数小。
在仪器仪表及通讯设备中大量采用。
3.3 金属氧化膜电阻器在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。
由于其本身即是氧化物，所以高温下稳定，耐热冲击，负载能力强。
3.4 合成膜电阻将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得，因此也叫漆膜电阻。
由于其导电层呈现颗粒状结构，所以其噪声大，精度低，主要用他制造高压，高阻，小型电阻器。
4、金属玻璃铀电阻器将金属粉和玻璃铀粉混合，采用丝网印刷法印在基板上。
耐潮湿，高温，温度系数小，主要应用于厚膜电路。
5、贴片电阻SMT片状电阻是金属玻璃铀电阻的一种形式，他的电阻体是高可靠的钌系列玻璃铀材料经过高温烧结而成，电极采用银钯合金浆料。
体积小，精度高，稳定性好，由于其为片状元件，所以高频性能好。
6、敏感电阻敏感电阻是指器件特性对温度，电压，湿度，光照，气体，磁场，压力等作用敏感的电阻器。
敏感电阻的符号是在普通电阻的符号中加一斜线，并在旁标注敏感电阻的类型，如：t. v等。
6.1、压敏电阻主要有碳化硅和氧化锌压敏电阻，氧化锌具有更多的优良特性。
5800压电阀使用说明书(新)
压电阀使用说明书 RED-5800喷射系统：目录目录——————————————————————————第2页工作原理————————————————————————第3页使用要求———————————————————————第3-4页控制器说明——————————————————————第4-8页常见问题及处理方法———————————————————第9页标有刻度螺钉的调试---------------------------------------第9页清洗方式————————————————————第10-12页密封圈的安装与拆卸———————————————————第12页撞针组件安装——————————————————————第12页注意事项——————————————————————-第12页物料代码———————————————————————第13-14页◆工作原理：当电压作用在压电阀里面的压电陶瓷的时候，压电陶瓷就会根据电压的大小和频率的高低而产生机械变形，配合与弹簧驱动的撞针，撞击喷嘴上的流体，从而将流体喷射出来。
◆使用要求：1、要求安装阀体固定件一定要与支撑架平行。
2、固定控制器，避免控制器受到撞击从而影响阀体正常工作。
阀体线揽的连接：找到插头与插座上对应的颜色，对准两头的红点一致插入即可。
（红色是3芯插头线缆，黄色是5芯插头线缆）控制器线缆的连接：黄色线缆对准两头的红点插入五芯插座（小）红色线缆对准两头的红点插入四芯插座（小）流道加热器插头是四芯的（大），对准两头的红点插入四芯插座（大）即可加热筒插头是五芯的（大），对准两头的红点插入四芯插座（大）即可绿色模块快接插头：1、2号端口接直流24V(±2V)，0V。
不分正负,连接机台，实现机台控制压电阀控制器3、4号端口接出两根线连接机台的控制信号。
（这两根线是连接机台的信号线，是一个短接信号，或称为开关信号，是没有电压的，切记不能连接到带有电压的端口，否则会造成控制器的损坏）一般情况下，机台连接了控制器的1、2号脚，就不用连接3、4号脚。
压电陶瓷的压电原理及制作工艺
在强电场的作用下，使陶瓷内部产生电畴， 即压电效应的微观结构。
老炼
在高温和高电压下对极化后的陶瓷进行长时 间的老炼处理，以进一步提高其性能。
05
压电陶瓷的发展趋势与展望
高性能化
高压电电压常数
随着科技的发展，对压电陶瓷的 电压常数要求越来越高，以提高
其转换效率和应用范围。
高机械品质因数
机械品质因数是衡量压电陶瓷性能 的重要参数，提高其数值有助于降 低能量损耗，提高陶瓷的稳定性。源自电学品质因数总结词
电学品质因数反映了压电陶瓷的介电能与机械能之比，是评价其能量转换效率的 重要参数。
详细描述
高品质的压电陶瓷具有较高的电学品质因数，意味着其介电能转换为机械能的效 率高，能量损失小。
非线性效应
总结词
压电陶瓷在极化处理后具有显著的压 电效应和非线性效应。
详细描述
在极化处理后，压电陶瓷的压电常数 会随施加电压的增加而增大，表现出 非线性效应。这种非线性效应使得压 电陶瓷在某些应用中具有更高的性能 表现。
详细描述
压电陶瓷的压电常数、介电常数等性能参数随温度变化较小 ，具有良好的温度稳定性，使其在温度变化的环境中仍能保 持稳定的压电性能。
机械品质因数
总结词
机械品质因数反映了压电陶瓷的机械能与介电能之比，是评价其能量转换效率 的重要参数。
详细描述
高品质的压电陶瓷具有较高的机械品质因数，意味着其机械能转换为介电能的 效率高，能量损失小。
压电方程
压电方程定义
压电方程是描述压电陶瓷在机械力和 电场作用下的关系，是描述压电效应 的数学模型。
常用的压电方程
常用的压电方程包括d33E、g33E等， 其中d33E表示在3方向上施加单位力 时，材料产生的电荷量与施加的电压 之间的关系。
05压电PPT课件
F 极化面
Q
F
机械能｛
压电效应及可逆性
逆压电效应
压电介质
｝电能
正压电效应
5.1 压电效应
机械能转变为电能 压 电 效 应
电能转变为机械能
纵向压电效应
正压电效应
横向压电效应 切向压电效应
逆压电效应
电致伸缩效应
⑤与T1作用下产生的变形对应有束缚电荷σ3=d31T1； 所以有：
T1
3 d 31
S1
c11 • T1
c11
•
3 d 31
3
S1 •
d 31 c11
T1
C11
S1
d 31
c11
σ3
特点：信号变换是单向的。
5.5.2电边界为开路状态
Ce
A
U～
Rd C c R i C i U i
U0
Ce
A
U～
R C Ui
5.5 测量电路
●压电方程耍同时考虑力与电之间相互作用和相互影响，即 力正压电效应产生电荷 电荷逆压电效应力
●测量线路不同（电边界为短路状态或电边界为开路状态），则力与电之 间相互作用和相互影响不同。
5.5.1电边界为短路状态（电荷放大）
④应力T1与形变S1关系为： S1=C11T1 式中：C11为压电陶瓷固有的柔度系数；
5.2压电材料--5.2.1石英晶体 天然形成的石英晶体外形
石英晶体切片及 双面镀银封装
石英晶体振荡器（晶振）
晶振
石英晶体在振荡 电路中工作时，压 电效应与逆压电效 应交替作用，从而 产生稳定的振荡输 出频率。
职业分类和代码
职业分类和代码代码| 名称| 简称| 定义（同“名称”）1 国家机关、党群组织、企业、事业单位负责人负责人指在中国共产党中央委员会和地方各级党组织，各级人民代表大会常务委员会，人民政协，人民法院，人民检查院，国家行政机关，各民主党派，工会、共青团、妇联等人民团体，群众自治组织和其他社团组织及其工作机构，企业、事业单位中担任领导职务并具有决策、管理权的人员。
2 专业技术人员技术人员指专门从事各种科学研究和专业技术工作的人员。
从事本类职业工作的人员，一般都要求接受过系统的专业教育，具备相应的专业理论知识，并且按规定的标准条件评聘专业技术职务，以及未聘任专业技术职务，但在专业技术岗位上工作的人员。
3 办事人员和有关人员办事人员指在国家机关、党群组织、企业、事业单位中从事行政业务、行政事务工作的人员和从事安全保卫、消防、邮电等业务的人员。
4 商业、服务业人员服务人员指从事商业、餐饮、旅游、娱乐、运输、医疗辅助服务及社会和居民生活等服务工作的人员。
5 农、林、牧、渔、水利业生产人员农业人员指从事农业、林业、畜牧业、渔业及水利业生产、管理、产品初加工的人员。
6 生产、运输设备操作人员及有关人员工人指从事矿产勘查、开采，产品的生产制造、工程施工和运输设备操作的人员及有关人员。
7 军人军人指有军籍的解放军、武装警察部队的干部、战士及解放军、武警部队的离退休人员。
9 不便分类的其他从业人员其他职业不明或无法按照以上类别归类者。
截止2002年2月，劳动和社会保障部会同有关部门制定了104个职业（工种）的国家职业标准，并已公布实施。
这104个职业（工种）的编码和名称如下：序号编码职业（工种）名称序号职业编码国家职业标准名称1 4-04-03-04 保健按摩师（试行）2 4-07-01-02 职业指导人员3 4-03-05-01 餐厅服务员4 6-05-06-08 电工仪器仪表装配工5 6-03-01-15 防腐蚀工6 2-02-34-07 企业人力资源管理人员（试行）7 6-05-06-03 电子仪器仪表装配工8 6-05-04-09 电线电缆制造工9 6-06-02-03 精密仪器仪表修理工10 6-06-01-02 汽车修理工11 6-21-08-01 装饰美工12 4-07-12-02 家政服务员13 4-07-04-01 美容师14 4-03-02-02 西式面点师15 4-03-02-01 西式烹调师16 4-03-01-02 中式面点师17 4-07-04-02 美发师18 4-03-01-01 中式烹调师19 6-04-01-01 车工20 6-04-01-02 铣工21 6-04-01-04 磨工22 6-04-01-05 镗工23 6-04-02-01 铸造工24 6-04-02-02 锻造工25 6-04-02-06 金属热处理工26 6-04-04-01 冷作钣金工27 6-04-05-02 涂装工28 6-05-02-01 装配钳工29 6-05-02-02 工具钳工30 6-05-03-03 锅炉设备装配工31 6-05-03-04 电机装配工32 6-05-04-06 高低压电器装配工33 6-06-01-01 机修钳工34 6-06-01-02 摩托车维修工*35 6-19-03-05 音响调音员36 6-24-01-01 汽车驾驶员37 6-06-01-12 纺织纤维检验工38 6-26-01-35 贵金属首饰钻石宝玉石检验员39 4-01-01-01 营业员40 4-01-02-01 营销师41 4-02-01-05 冷藏工42 4-03-04-01 营养配餐员43 4-04-01-01 前厅服务员44 4-04-01-02 客房服务员45 4-07-10-01 家用电子产品维修工46 4-07-10-03 照相器材维修工47 4-07-10-04 钟表维修工48 4-07-12-01 保育员49 4-07-12-03 养老护理员50 3-01-02-06 制图员51 6-07-06-05 维修电工52 6-26-01-01 化学检验工53 6-26-01-08 食品检验工54 4-01-01-01 珠宝首饰营业员*55 4-01-02-01 推销员56 4-99-00-01 电子商务师（试行）57 4-04-03-04 足部按摩师*58 4-07-99-01 心理咨询师（试行）59 3-01-02-05 计算机操作员60 4-07-02-01 物业管理员（试行）61 4-07-06-01 眼镜验光员62 4-07-06-02 眼镜定配工63 4-04-03-01 社会体育指导员64 4-01-03-02 农副土特产品收购员*65 5-01-06-01 棉花加工工66 5-01-03-04 菌类园艺工67 6-26-01-38 评茶员68 6-26-01-37 棉花检验员69 6-23-10-02 电气设备安装工70 6-07-06-03 常用电机检修工71 6-07-06-01 变电设备安装工72 6-07-06-02 变配电室值班电工73 4-01-01-01 用户通信终端销售员*74 3-03-03-04 用户通信终端维修员75 3-03-02-02 话务员76 6-01-05-01 井架安装工77 6-01-05-02 钻井工78 6-01-05-03 固井工79 6-01-06-01 油、气井测试工80 6-01-06-02 采油工81 6-01-06-03 采气工82 6-01-06-04 井下作业工83 6-01-06-05 天然气净化工84 6-01-06-06 油气输送工85 6-01-06-07 油气管道保护工86 4-01-03-03 中药购销员87 4-01-99-01 医药商品购销员88 4-01-99-02 中药调剂员89 5-99-02-01 沼气生产工90 4-01-02-02 出版物发行员91 6-04-01-08 加工中心操作工92 6-04-02-05 焊工93 6-04-01-07 组合机床操作工94 6-08-05-01 计算机（微机）维修工95 6-21-01-02 贵金属首饰手工制作工96 6-23-07-01 装饰装修工97 4-07-03-04 锅炉操作工98 4-07-05-01 摄影师99 4-03-03-01 调酒师100 4-07-10-02 家用电器产品维修工101 4-07-11-01 办公设备维修工102 3-01-02-01 秘书103 3-01-02-02 公关员104 6-07-01-02 锅炉设备安装工105 2-02-13-05 计算机网络管理员# 106 2-02-13-06 计算机程序设计员# 107 2-02-13-07 多媒体作品制作员# 108 2-02-34-08 企业培训师#109 2-02-34-09 项目管理师#110 2-02-34-10 企业信息管理师# 111 2-10-07-06 室内装饰设计员112 4-01-02-03 服装模特113 4-03-03-02 茶艺师114 4-07-07-01 洗衣师#115 4-04-02-04 插花员116 6-23-02-01 砌筑工117 6-23-03-01 混凝土工118 6-23-04-01 钢筋工119 6-23-05-01 架子工120 6-23-06-01 防水工121 6-23-10-03 管工122 6-15-03-01 手工木工123 6-15-03-03 精细木工124 2-02-34-11 物流师#125 2-07-03-04 理财规划师#126 2-10-07-07 陈列展览设计人员127 4-01-01-02 收银员128 4-02-01-06 盐斤收放保管工#129 4-07-03-05 中央空调操作工#130 4-07-05-02 冲印师131 4-07-08-02 修脚师132 4-07-10-07 钢琴调律师133 4-07-12-03 育婴师134 6-01-02-06 房产测量员135 6-01-07-01(6-01-07-02) 海盐制盐工136 6-01-07-10 苦卤综合利用工137 6-01-07-11 精制盐工138 6-01-07-12 盐斤分装设备操作工#139 6-03-01-06 制冷工140 6-03-02-01 燃料油生产工141 6-03-02-02 润滑油、脂生产工142 6-03-02-03 石油产品精制工143 6-03-06-01 脂肪烃生产工144 6-03-06-02 环烃生产工145 6-03-07-03 聚苯乙烯生产工146 6-03-07-04 聚丁二烯生产工147 6-03-07-05 聚氯树脂生产工148 6-03-07-07 环氧树脂生产工149 6-03-07-08 丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）生产工150 6-03-08-01 顺丁橡胶生产工151 6-03-09-01 化纤聚合工152 6-03-09-02 湿纺原液制造工153 6-03-09-03 纺丝工154 6-03-09-05 纺丝凝固浴液配制工155 6-03-11-07 催化剂制造工156 6-03-11-08 催化剂试验工157 6-03-11-13 化工添加剂制造工158 6-03-13-04 黑火药制造工159 6-03-14-01 单质炸药制造工160 6-11-01-04 服装制作工161 6-12-04-01 白酒酿造工162 6-12-04-02 啤酒酿造工163 6-12-04-03 黄酒酿造工164 6-12-04-04 果露酒酿造工165 6-12-04-05 酒精制造工166 6-12-06-01 烘焙工167 6-12-07-01 猪屠宰加工工168 6-12-07-02 牛羊屠宰加工工169 6-12-07-04 禽类屠宰加工工170 6-12-08-01 肉制品加工工171 6-21-01-01 宝石琢磨工172 6-21-07-01 工艺品雕刻工173 6-22-03-01 钢琴制作工174 6-23-10-01 机械设备安装工175 6-24-05-02 起重工176 6-08-01-09 半导体芯片制造工177 6-08-01-10 半导体分立器件、集成电路装调工178 6-08-02-02 电容器制造工179 6-08-02-05 压电石英晶片加工工180 6-08-02-06 石英晶体元器件制造工181 6-08-02-14 电子产品制作工182 6-08-02-13 电子产品制版工183 6-08-03-01 铅酸蓄电池制造工184 6-08-03-03 原电池制造工185 6-08-04-04 雷达装配工186 6-08-04-05 雷达调试工187 6-08-04-10 电源调试工188 6-26-01-39 印制电路检验工*189 5-01-01-03 农作物种子繁育员190 5-01-01-04 农作物植保员191 5-01-04-01 天然橡胶制胶工*192 5-03-05-01 动物疫病防治员193 5-03-05-03 动物检疫检验工194 5-03-05-05 水生生物病害防治员#195 5-03-5-06 水生生物检疫检验员#196 5-04-01-08 海水水生动物养殖工#197 5-04-01-09 淡水水生动物养殖工#198 5-04-02-02 渔业生产船员199 5-99-02-05 太阳能利用工#200 6-06-01-01 农机修理工201 6-06-01-01 饲料加工设备维修工*202 6-12-09-02（6-12-09-04）饲料粉碎制粒工203 6-26-01-08 乳品检验员*204 6-26-01-09 饲料检验化验员205 6-12-09-06 饲料厂中央控制室操作工* 为该职业编码下的工种# 为新职业。
《压电材料》课件
水热法
总结词
水热法制备的压电材料具有较高的取向度和结晶度，但需要高温高压的条件。
详细描述
水热法是一种在高温高压条件下制备压电材料的方法。首先，将原料放入密封的容器中，加入适量的 水，然后通过具有较高的取向度和 结晶度，但需要高温高压的条件，对设备要求较高。
要求较高。
04
压电材料的发展趋势与展望
高性能压电材料的研发
高性能压电材料是当前研究的热 点，旨在提高压电常数、机电耦 合系数和居里点温度等关键性能
参数。
研究方向包括通过元素掺杂、纳 米结构设计、多相复合等手段优 化材料组成和结构，提高压电性
能。
高性能压电材料在超声成像、传 感器、驱动器等领域具有广泛的
压电陶瓷传感器用于检测汽车发动机的燃烧压力和气瓶压力，确保发动机和气瓶的 安全运行。
压电陶瓷传感器还可以用于检测汽车轮胎胎压，提高驾驶安全性和燃油经济性。
压电陶瓷传感器在汽车制动系统中也有应用，用于检测制动盘的振动和温度，确保 制动系统的稳定性和安全性。
压电复合材料在智能结构中的应用
压电复合材料可以用于智能结构 的振动控制和监测，提高结构的
机械耦合系数
描述压电材料在机械能和电能之间转换效率的参数。高的机械耦合系数意味着高 效的能量转换。
温度稳定性
居里温度
某些压电材料在达到居里温度时会失去压电效应。居里温度 的高低是衡量温度稳定性的重要指标。
热膨胀系数
描述材料在温度变化时尺寸变化的参数。低的热膨胀系数有 助于提高温度稳定性。
环境稳定性
利用压电材料的特性，可以制作各种 医疗器械，如超声波探头、心电图机 等。
军事领域
利用压电材料的特性，可以制作各种 军事设备，如声呐、引信等。
劳动和社会保障部办公厅、信息产业部办公厅关于印发半导体芯片制造工等13个国家职业标准的通知
劳动和社会保障部办公厅、信息产业部办公厅关于印发半导体芯片制造工等13个国家职业标准的通知
文章属性
•【制定机关】劳动和社会保障部(已撤销),信息产业部(已撤销)
•【公布日期】2003.02.08
•【文号】劳社厅发[2003]2号
•【施行日期】2003.02.08
•【效力等级】部门规范性文件
•【时效性】现行有效
•【主题分类】标准化
正文
劳动和社会保障部办公厅、信息产业部办公厅关于
印发半导体芯片制造工等13个国家职业标准的通知
（劳社厅发[2003]2号）
各省、自治区、直辖市劳动和社会保障厅（局）、信息产业厅（局），国务院有关部门劳动保障工作机构：
根据《中华人民共和国劳动法》，劳动保障部和信息产业部共同制定半导体芯片制造工等13个国家职业标准，现印发施行。
附件：国家职业标准目录
二00三年二月八日
附件国家职业标准目录
序号职业编码职业（工种）名称
16－08－01－09半导体芯片制造工
26－08－01－10半导体分立器件、集成电路装调工36－08－02－02电容器制造工
46－08－02－05压电石英晶片加工工
56－08－02－06石英晶体元器件制造工
66－08－02－13电子产品制版工
76－08－02－14印制电路制作工
86－08－03－01铅酸蓄电池制造工
96－08－03－03原电池制造工
106－08－04－04雷达装配工
116－08－04－05雷达调试工
126－08－04－10电源调试工
136－26－01－39印制电路检验工（☆）注：☆为新职业。
压电式传感器
02 压电效应与压电材料
3. 石英晶体的压电机理和压电常数
石英晶体化学式为SiO2, 是单晶体结构。图示为天然结构的石英晶体外形。它 是一个正六面体。 石英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴 z 称为光轴, 经 过六面体棱线并垂直于光轴的 x 轴称为电轴, 与 x 和 z 轴同时垂直的 y 轴称为机械 轴。通常把沿电轴x 方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”,
04 压电式传感器的测量电路
04 压电式传感器的测量电路
04 压电式传感器的测量电路
05 压电式传感器的应用
1. 压电式测力传感器
下图为压电式单向测力传感 器的结构图, 它主要由石英晶片、 绝缘套、电极、上盖及基座等组 成。
传感器上盖为传力元件, 它 的外缘壁厚为0.10.5mm, 当外 力作用时, 它将产生弹性变形, 将 力传递到石英晶片上。石英晶片 采用xy切型, 利用其纵向压电效 应, 通过d11实现力—电转换。 石英晶片的尺寸为φ 8×1 mm。 该传感器的测力范围为0 50 N, 最小分辨力为0.01, 固有频率为 50 60 kHz, 整个传感器重10g。
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
02 压电效应与压电材料
压电材料主要特性参数有: 1. 压电常数：压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它d=Q/F 直接
关系到压电输出的灵敏度。 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
05 压电式传感器的应用
2. 压电式加速度传感器
图为一种压电式加速度传感器的结构图。 它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座 及外壳等组成。 整个部件装在外壳内, 并用螺 栓加以固定。当加速度传感器和被测物一起受 到冲击振动时, 压电元件受质量块惯性力的作
电子行业职业分类大典细目
2-02-11-01电子材料工程技术人员从事半导体材料、光纤光缆材料、电子陶瓷、电子元件材料研究、开发、设计、生产，以及电子材料测量技术研究、应用的工程技术人员。
从事的工作主要包括：（1）研究、开发、设计、生产硅单晶、硅片及外延片、砷化镓单晶及外延片、半导体敏感材料等；（2）研究、开发、设计、生产单模光纤与光缆、偏振保持光纤、高强度光纤与光缆等；（3）研究、开发、设计、生产电子陶瓷材料、功能复合材料、功能聚合材料以及压电晶体与薄膜、铁电材料、敏感元器件材料等；（4）研究、开发电子材料的测量技术及其应用。
2-01-11-02电子元器件工程技术人员从事电子元器件、电子封装和电子元器件试验与检测研究、开发、设计、生产的工程技术人员。
从事的工作主要包括：（1）研究、开发、设计、生产集成电路、半导体分立器件、电真空器件和特种器件；（2）研究、开发、设计、生产阻容元件、敏感元件、磁性器件、石英晶体与器件、电子陶瓷与压电、铁电晶体器件、机电组件、电子线缆、光纤光缆、化学物理电源及激光、红外技术的应用等；（3）研究、开发电子元器件封装技术及其应用；（4）研究、开发电子元器件试验与检测技术及其应用。
2-01-11-03雷达系统工程技术人员从事雷达、导航系统工程研究、开发、设计和雷达、导航设备研究、开发、设计、生产的工程技术人员。
从事的工作主要包括：（1）研究、开发、设计雷达系统工程；（2）研究、开发、设计导航系统工程；（3）研究、开发、设计、生产雷达、导航设备。
2-01-11-05电子仪器与测量工程技术人员从事电子测量仪器与系统和医疗电子仪器研究、开发、设计、生产和使用维护的工程技术人员。
从事的工作主要包括：（1）研究、开发、设计、生产和使用维护通用电子测量仪器与系统；（2）研究、开发、设计、生产和使用维护电阻、电容、半导体器件、印刷电路板、光板等在线自动测量的仪器与系统；（3）研究、开发、设计、生产和使用维护显示、诊断、监护、康复理疗等医疗电子仪器与设备。
压电效应的应用原理
压电效应的应用原理1. 什么是压电效应压电效应是指在施加外界力或电压作用下，某些晶体会协同发生形变和电荷分布变化的现象。
压电效应被广泛应用于各种领域，包括声学传感器、振动控制、医疗影像、能量收集等。
它是许多电子设备和技术的基础。
2. 压电效应的原理压电效应的原理基于铁电材料的特性。
铁电材料是具有非中心对称结构的晶体材料，其晶格在原子尺度上会发生偏移。
当施加外界力或电场时，晶格中的阳离子和阴离子会发生位移，形成电极化。
2.1 压电效应的正压效应和逆压效应压电效应主要分为正压效应和逆压效应。
•正压效应（或称压电效应）：当施加外力（压力）时，铁电材料会发生电荷的分布变化，产生电势差和电荷。
•逆压效应：当施加电场时，铁电材料会发生形变。
这种形变可以用来实现精确的控制和调节。
2.2 压电材料的簇变共振效应压电材料还具有一种特殊的效应，即簇变共振效应。
簇变共振效应是指压电材料在特定频率下，可以产生非常大的振动幅度。
这种效应可以用于提高传感器的灵敏度和效率。
3. 压电效应的应用压电效应具有广泛的应用领域，以下列举了一些常见的应用：3.1 声学传感器压电传感器利用压电效应将声波转化为电信号。
这种传感器常用于麦克风、音频设备和声学测量中。
通过将压电材料与声波接触，声波的振动将导致材料发生形变，从而产生电荷和电势差。
3.2 振动控制压电效应的逆压效应可用于精确控制和调节振动。
通过施加电场，可以改变压电材料的形状和振动频率，从而实现振动控制。
3.3 医疗影像压电效应在医疗影像中具有重要应用。
例如，超声波成像利用压电晶体的正压效应将电能转化为声能，并通过回声的接收和处理生成图像。
这种技术在医学诊断和治疗中起到了重要作用。
3.4 能量收集压电材料的正压效应可以将机械能转化为电能。
这种特性可用于能量收集和传感器供电。
压电能量收集器被广泛应用于无线传感器网络、智能结构和移动设备中。
4. 结论压电效应是一种重要的物理现象，具有广泛的应用潜力。
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l ∴ q12 = −d11 F2 t
⑶在T3作用下，没有压电效应
σ 13 = d13T3 = 0
即：d13 = 0
⑷在剪切应力T4、 T5 、T6作用下：
σ14 = d14T4
σ 15 = d15T5 = 0
即：d15 = 0
σ 16 = d16T6 = 0
即：d16 = 0
z(3)
(σ 3 )
z
( 3)
σi j = d i j Fj
i =1、2、3 、 、 j =1、2、3、4、5、6 、 、 、 、 、 F5 (σ2) (2)
F3 F6
y(2)
(σ1)
F4 x ( 1) F1
F2
y
X0°切型石英晶体切片的力 —— 电分布
x(1) i(i=1,2,3):表示晶体的极化方向，即在i面上产生电荷。1、2、3 表示晶体的极化方向，即在i面上产生电荷。 、 、 表示晶体的极化方向 分别表示垂直于x、 、 轴的晶片表面 分别表示垂直于 、y、z轴的晶片表面 j(j=1,2,3,4,5,6):1，2，3表示沿 ， ， 表示沿 表示沿x,y,z方向作用的单向应力；4，5 方向作用的单向应力； ， 方向作用的单向应力 表示在yz,zx,xy平面上承受的剪切应力 ，6表示在 表示在 平面上承受的剪切应力
结构型传感器 物性型传感器 结构的研究 材料的研究
5.1 压电效应 5.1.1 基本概念
①压电效应-机械能转变为电能 压电效应某些电介质, 当沿着一定方向 一定方向对 一定方向 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 电荷, 外力去掉 外力去掉后, 其又重新恢复到不带 电荷 不带 电状态， 这种现象称压电效应 压电效应。 电状态 压电效应 ●顺（正）压电效应 当作用力方向改变 方向改变时, 电荷的极性 极性也随之改变 把这种 改变。 方向改变 极性 改变 机械能转为电能的现象, 称为“顺（正）压电效应” 。 顺 压电效应 ●压电传感器大都是基于压电材料的正压电效应。
z T4
y
在T5作用下(d15≠0）
压电陶瓷外形
压电陶瓷的性能: ①很高的压电系数； ②居里点温度低； ③有热释电现象； ④稳定性不如石英晶体； ⑤人工制造，成本低。
无铅压电陶瓷及其换能器外形
5.2 压电常数和表面电荷计算 5.2.1 压电效应的表达式：
σ i, j = di, j ⋅ T j
Tj: j方向的应力 :j方向的力使得 方向的力使得i dij:j方向的力使得i面产生电荷的压电常数 :j方向的力在 方向的力在i σij:j方向的力在i面产生的电荷密度
P1
−−−−−−
y
x
Fx
++++++
Fy Fy
x
P 1 P P 3 2
y
P2
P1
P3
P3
++++++
不受力
Fx
−−−−−−
石英晶体压电模型
① 介电常数和压电系数的温度稳定性好 在20℃至200 ℃温度范围内，温度每升高1 ℃，压电系数仅减少 0.016%，当温度达到573 ℃时（居里点），石英晶体丧失压电特性。 ② 各向异性的晶体，按不同方向切割的晶片，其物理性质相差很大。
②逆压电效应--电能转变为机械能 逆压电效应--电能转变为机械能 -当在电介质的极化方向 极化方向施加电场 电场，某些电介质在一定方 极化方向 电场 一定方 机械变形或机械应力，当外电场撤去 外电场撤去后，变形或 向上将产生机械变形 机械变形 外电场撤去 应力也随之消失 消失，这种物理现象称为逆压电效应 逆压电效应。 消失 逆压电效应 电致伸缩效应- --电能转变为机械能 ③电致伸缩效应- --电能转变为机械能 电介质在电场的作用下会由于极化的变化而引起形变， 若形变 形变与电场方向无关 方向无关，这个现象就称为电致伸缩效应 电致伸缩效应。 形变 方向无关 电致伸缩效应
3 1
P2的增加而不等于零, 在x轴的正方向出现正电荷 的增加而不等于零 轴的正方向出现正电荷, 轴的正方向出现正电荷
r r r ( p1 + p2 + p3 ) z = 0
电偶极矩在y方向上的分量仍为零 不出现电荷。 电偶极矩在 方向上的分量仍为零, 不出现电荷。 方向上的分量仍为零 当作用力方向相反时, 电荷的极性也随之改变。 当作用力方向相反时 电荷的极性也随之改变。
压电特性的矩阵表示
σ1 d11 d12 d13 d14 d15 σ = d d d d d 2 21 22 23 24 25 σ3 d31 d32 d33 d34 d35
T1 T 2 d16 T3 d26 T4 d36 T 5 T6
石英晶体压电效应机理
电偶极矩P=qL, q为电荷量 L为正负电荷之间距离。 为电荷量, 为正负电荷之间距离。 电偶极矩 为电荷量 为正负电荷之间距离
X
Y + P2 P3 + P1 + -
r r r p1 + p2 + p3 = 0
当石英晶体未受外力作用时, 正、负离子正好分布在正 六边形的顶角上, 形成三个互成120°夹角的电偶极矩P1、 P2、P3。此时正负电荷重心重合, 电偶极矩的矢量和等于 零, 即P1+P2+P3 = 0, 所以晶体表面不产生电荷, 即呈中 性。
5.1.3石英晶体的压电效应
z
• 石英晶体是各向异性 晶体 x • 存在右（左）旋晶体 • 外形规则
y
石英晶体的三个晶轴
• 光学轴（基准轴，Z轴）：光沿该方向通过没有双 折射现象，该方向没有压电效应，光学方法确定。 • 电轴（X轴）：经过晶体棱线，垂直于该轴的表面 上压电效应最强。 • 机械轴（Y轴）：垂直xz面，在电场作用下，该轴 方向的机械变形最明显，
压电特性矩阵的说明：
• 表示压电元件的能量转换方式 • dij的大小表示压电效应的强弱 • 若矩阵中某一dij=0,则表示该方向上没有压电 效应 • 是选择转换元件、确定压电效应产生方向、 转换效率的重要依据
压电效应能量转换的几种基本形式
厚度受压型
长度受压型
厚度切变型
平面切变型
厚度电效应
Q
机械能｛ 压电介质 电能 ｝
正压电效应
F
压电效应及可逆性
纵向压电效应 机械能转变为电能 压 电 效 应 电能转变为机械能 电致伸缩效应 正压电效应 横向压电效应 切向压电效应 逆压电效应
5.1.2 压电材料
● 自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效应十分微弱。 ●性能优良的压电材料
在x面上产生电荷：
σ 1 = σ 11 + σ 12 + σ 14
= d11T1 − d11T2 + d14T4
㈡在y面上产生电荷
σ 2 = d 25T5 + d 26T6
= −d14T5 − 2d11T6
d 21 = d 22 = d 23 = 0
d 24 = 0
㈢在Z面上产生电荷
σ3 = 0
体积受压型
5.2.2石英晶体的压电常数和表面 电荷计算
㈠在x面上产生电荷：
⑴在T1作用下，产生厚度变形 （纵向压电效应）
σ 11 = d11T1
q1 F1 Q = d11 lw lw
∴ q1 = d11F1
⑵在T2作用下，产生长度变形（横向压电效应）
σ 12 = d12T2
lw l q12 = d12 F2 = d12 F2 tw t
受到Y方向的力—横向压电效应
r r r ( p1 + p2 + p3 ) x < 0 r r r ( p1 + p2 + p3 ) y = 0 r r r ( p1 + p2 + p3 ) z = 0
X Y + P P +
2 1
- P
3
+
当晶体受到沿y轴方向的压力作用时 当晶体受到沿 轴方向的压力作用时, P3 轴方向的压力作用时 增大, 减小。 增大 P1、P2 减小。 在垂直x轴表面上出现电荷 它的极性为x 轴表面上出现电荷, 在垂直 轴表面上出现电荷 它的极性为 轴正向为负电荷。 轴正向为负电荷。 在y轴方向上不出现电 轴方向上不出现电 荷。 当作用力方向相反时, 当作用力方向相反时 电荷的极性也随之 改变。 改变。
石英晶体的压电方程
T1 T 2 0 T3 d26 T4 0 T 5 T6
σ1 d11 d12 0 d14 0 σ = 0 0 0 0 d 25 2 σ3 0 0 0 0 0
σ1 d11 − d11 0 d14 0 σ = 0 0 0 0 − d14 2 σ 3 0 0 0 0 0
●压电薄膜：极化的聚偏氟乙烯类薄膜上镀以铝质电极而制成的。 ●压电材料：聚偏氟乙烯(ＰＶＤＦ)和偏氟乙烯三氟乙烯共聚物(ＶＤＦTRFE)两类。 ●滑动传感器视频。
天然形成的石英晶体外形
石英晶体切片及 双面镀银封装
石英晶体振荡器（晶振） 石英晶体振荡器（晶振）
晶振
石英晶体在振荡 电路中工作时，压 电路中工作时， 电效应与逆压电效 应交替作用， 应交替作用，从而 产生稳定的振荡输 出频率。 出频率。
5.1.4 压电陶瓷的压电效应
−−−+ + + −−− +++
束缚电荷
自由电荷 电极
−−−+ + + −−− +++
自由电荷