【正文】 結(jié)構(gòu)的石英晶體外形，它是六角形晶柱，在晶體學(xué)中可以用三根相互垂直的軸來(lái)表示。 天然和人造石英的外形雖有不同，但是兩個(gè)晶面之間的夾角是相同的。 壓電材料的壓電特性可用它的壓電常數(shù)矩陣表示： 石英晶體是單晶體結(jié)構(gòu)，屬六角晶系，其形狀為六角形晶柱，兩端呈六棱錐形狀。另外，還需要對(duì)因逆壓電效應(yīng)在晶體內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)方向也作一規(guī)定，以確定 dij 的符號(hào)。三、壓電機(jī)理 單向應(yīng)力的符號(hào)規(guī)定拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)；剪切力的符號(hào)用右螺旋定則確定。當(dāng)產(chǎn)生電荷的表面垂于x 軸（ y 軸或 z 軸）時(shí)，記為 i = 1（ 2 或 3）。高分子壓電材料制作的壓電薄膜和電纜壓電式腳踏報(bào)警器 高分子壓電薄膜制作的壓電喇叭（逆壓電效應(yīng) ）壓電材料的壓電特性常用壓電方程來(lái)描述： 　　　　　　　 qi= dij ?j 或 Q = dij F 　　　　　　dij — 壓電常數(shù)（ C／ N），（ i = 1， 2， 3， j = 1， 2， 3， 4， 5， 6）；q — 電荷的表面密度（ C／ cm2），? — 單位面積上的作用力，即應(yīng)力（ N／ cm2）；Q — 總電荷量（ C）， F — 作用力 （ N） 。溫度升高 時(shí)，靈敏度將 降低 。例如在它的兩側(cè)面施加高電壓音頻信號(hào)時(shí)，可以制成特大口徑的壁掛式低音喇叭。 因此在一些不要求測(cè)量精度的場(chǎng)合，例如 水聲測(cè)量、防盜、振動(dòng)測(cè)量 等領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。經(jīng)過(guò) 極化處理 后就顯現(xiàn)出壓電特性。其輸出脈沖電壓高到可以直接驅(qū)動(dòng) CMOS集成門電路。 其中以 PVF2和 PVDF的壓電常數(shù)最高。 因此，即可用其壓電性研制傳感器，又可用其半導(dǎo)體性制作電子器件；也可以二者結(jié)合，集元件與線路于一體，研制成新型壓電集成傳感器測(cè)試系統(tǒng)。壓電陶瓷外形 無(wú)鉛壓電陶瓷及其換能器 外形 （ 上海硅酸鹽研究所研制） ⑶ 新型壓電材料 ① 壓電半導(dǎo)體 1963年以來(lái)出現(xiàn)了多種壓電半導(dǎo)體，如硫化鋅（ ZnS）、碲化鎘（ CdTe）、 氧化鋅（ ZnO）、 硫化鎘（ CdS）、 碲化鋅（ ZnTe） 和砷化鎵（ GaAs） 等。3）鈮鎂酸鉛壓電陶瓷（ PMN），具有較高的壓電常數(shù) [d=（ 800~900） 1012C/N]和居里點(diǎn)（ 260 ℃ ）它能在壓力大致 70MPa時(shí)正常工作，因此可以作為 高壓下 的力傳感器。2）鋯鈦酸鋇系列壓電陶瓷（ PZT）由鈦酸鉛和鋯酸鉛組成的固體熔體。常用的壓電陶瓷材料主要有以下幾種：1）鈦酸鋇（ BaTiO3）具有較高的壓電常數(shù)（ d=1901012C/N)和相對(duì)介電常數(shù)（ 1000~5000）。g 熱釋電效應(yīng) ： 某些晶體除了由于機(jī)械應(yīng)力的作用而引起的電極化（壓電效應(yīng)）之外，還可由于溫度變化而產(chǎn)生電極化。 壓電陶瓷具有明顯的熱釋電效應(yīng)。 常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇（ BaTiO3）、鋯鈦酸鉛（ PbTiO3－PbZrO3）（ PZT）、鈮酸鹽系壓電陶瓷。 4H2O） 、 酒石酸乙烯二銨（ C6H4N2O6） 等，還有正方晶系如磷酸二氫鉀 （ KH 2PO4） 、 磷酸二氫氨 （ NH 4H2PO4） 等等 。 ② 除了天然和人造石英壓電材料外，還有水溶性壓電晶體，屬于單斜晶系。 所以石英是制備壓電傳感器的理想壓電材料。 石英晶體的外形（ a） 天然石英晶體；（ b） 人工石英晶體；（ c） 右旋石英晶體的理想外形m－ 柱面 R－ 大棱面 r－ 小棱面 s－ 棱界面 x－ 棱角面石英晶體振蕩器（晶振） 石英晶體在振蕩電路中工作時(shí)，壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)交替作用，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩輸出頻率。 ⑴ 壓電晶體 ⑵ 壓電陶瓷 ⑶ 新型壓電材料 壓電材料可以分為三大類⑴ 壓電晶體① 石英晶體： 俗稱水晶，化學(xué)成分為 SiO2，有天然和人工之分。 l 壓電晶體（單晶 ） ：它包括壓電 石英 晶體和其它壓電單晶；l 壓電陶瓷（多晶體）：也稱多晶半導(dǎo)瓷，為極化處理的多晶體；l 新型壓電材料：有壓電 半導(dǎo)體 和 有機(jī)高分子 壓電材料兩種。 在自然界中，大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，然而大多數(shù)晶體的壓電效應(yīng)都十分微弱。 在電介質(zhì)的極化方向上施加 交變電場(chǎng)或電壓 ，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)變形也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為 “逆壓電效應(yīng) ”（電致伸縮效應(yīng)） 。 第一節(jié) 壓電式傳感器的工作原理一、壓電效應(yīng) 二、壓電材料三、壓電機(jī)理 一、壓電效應(yīng)演示 當(dāng)力的方向改變時(shí)，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動(dòng)態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時(shí)，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。 壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、頻響高、信噪比大等特點(diǎn)。 壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器（發(fā)電型傳感器）。第六章第六章 壓電傳感器壓電傳感器 壓電式傳感器是以某些物質(zhì)的 壓電效應(yīng) 制作的一種傳感器。當(dāng)材料受力作用變形時(shí)，其表面會(huì)有電荷產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。 壓電傳感元件是 力敏感元件 ，它可以測(cè)量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動(dòng)態(tài)力、動(dòng)態(tài)壓力、振動(dòng)加速度等，但不能用于 靜態(tài)參數(shù)的 測(cè)量。由于它沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，因此結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性、穩(wěn)定性高。壓電效應(yīng) 某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在其表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為 “壓電效應(yīng) ”。 壓電材料 Q(E) 電能正壓電效應(yīng)（ 傳感器 ）T(S) 機(jī)械能逆壓電效應(yīng)（ 執(zhí)行器 ）二、壓電材料 具有壓電效應(yīng)的 電介物質(zhì) 稱為壓電材料。 石英晶體及鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等人造壓電陶瓷是性能優(yōu)良的壓電材料。 目前普遍應(yīng)用的是壓電單晶中的 石英晶體 和 壓電陶瓷 中的鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛