一、压电效应概述：

        某些晶体或多晶陶瓷，当沿着一定方向受到外力作用时，内部就产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷。

• 当外力去掉后，又恢复到不带电状态；
• 当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；
• 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

        对晶体施加一定电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失，称为
逆压电效应。

逆压电效应（电致伸缩）：
施加电场时，应变ε与外电场强度E成正比：        

 有源的双向机电传感器

逆压电效应的应用

• 电声、超声工程中的应用。

• 电致伸缩效应的优点是电场-应变关系非常稳定，不随时间及电场的反复循环而变化。

        电致伸缩陶瓷被广泛用于微米和亚微米级的微位移定位器，在高精度的光学系统中用作长度和角度的精密调整。

二、石英晶体的压电效应

2.1描述

SiO2,有30个晶面，有左右两种，根据不同的晶体轴，会有不同的效应

晶体轴：  ①光轴Z（无双折射现象）、无压电效应

                ②电轴X(压电效应最显著）

                ③机械轴Y（逆压电效应显著）

切割一个平行六面体：切得的晶体长度是L，宽度是B，高度是D。

1）首先我们沿着X轴，也就是电轴的方向世家一个作用力Fx,晶片发生变形，在垂直于X轴的表面形成电荷，这种现象称为纵向压电效应。

极化强度（面电荷的密度）和施加的应力成正比

电荷数量和外部施加的作用力有关，和晶体的形状尺寸无关

2）横向压电效应的电荷数量公式的系数d12是纵向压电效应d11的相反数。

    3）沿着光轴方向施力，无压电效应   

参数解释：dij表示压电系数

                  其中：i（1、2、3）表示极化方向，x,y,z轴

                  其中：j（1，2，3）表示作用力方向，沿着x,y,z 的单向应力；（4、5、6）表示YZ,XZ,XY平面的剪切应力 

2.2压电效应的机理分析

在没有作用力的时候，呈现正六边形，正负电荷相对形成三个电偶极矩互成120°。这三个电偶极矩大小相等，矢量和为0。p1+p2+p3=0

1）我们在X轴方向上施加一个压力作用，在X方向上发生压缩变形

p1=q*l（电偶极矩等于电荷量*电荷之间的距离）所以这个极矩就减少；

p2和p3在Y轴方向是扩张的，所以变大；

最终三个矢量和在X轴上的分量呈现向上，所以电偶极矩在X轴上也不再为0，表现为d11≠0，d12=0。

2）我们在沿着Y轴的方向上施加一个压力

这时候，p1的电偶极矩增加，p2和p3在X轴方向上减少，表现为向下的电偶极矩，d11=0,d21≠0。

2.3压电方程

例如右旋石英晶体，他的有效参数就只有六个，但是基本上参数之间是有关联的，d11=-d12、d14=-d25、-2d11=d26体现了对称性。我们往往采用系数最大的方向来设计我们的压电传感器。

三、压电陶瓷的压电效应

3.1压电效应的特点

• 沿z轴受力，在垂直z轴的表面出现电荷；
• 沿x,y轴受力，仍在垂直z轴的表面出现电荷；
• 沿xz、yz平面加剪切力，分别在垂直x,y轴的表面出现电荷；

四、压电材料

①转换性能：具有较高的耦合系数或压电常数；

②机械性能：机械强度高、刚度大；以使线性范围宽和固有频率高；

③电性能（10^4Ω）：高电阻率、高介电常数；

④事件稳定性：压电特性不随时间蜕变

⑤温度和湿度稳定性：压电常数、介电常数、电阻率、弹性系数

耦合系数=根号{机械能转化为电能/输入的机械能}；

温度和湿度稳定性要好：
居里点：石英居里点573C、钛酸钡115℃；
热释电效应”（红外和温度传感器）可以用一个下限截至频率高于3Hz的放大电路测量