Question

压电式传感器的压电分析

Answer 1

石英的晶体结构为六方晶体系，化学式为SiO2。
定义：
x：两平行柱面内夹角等分线，垂直此轴压电效应最强,称为电轴。
y ：垂直于平行柱面，在电场作用下变形最大，称为机械轴。
z ：无压电效应，中心轴，也称光轴。

当在电轴方向施加作用力时, 在与电轴 x 垂直的平面上将产生电荷, 其大小为Qx = d11 Fx。
式中: d11——x方向受力的压电系数
Fx——作用力
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qy, 其大小为Qy=d12Fy a/b
式中: d12——y轴方向受力的压电系数
d12=-d11
a、 b——晶体切片长度和厚度
（1）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, P1+P2+P3 = 0, 所以晶体表面不产生电荷, 即呈中性。
（2）当石英晶体受到沿x轴方向的压力作用时, 晶体沿x方向将产生压缩变形,正负电荷重心不再重合,在x轴的正方向出现正电荷, 电偶极矩在y方向上的分量仍为零, 不出现电荷。
（3）当晶体受到沿y轴方向的压力作用时,在x轴上出现电荷, 它的极性为x轴正向为负电荷。在y轴方向上不出现电荷。
（4）如果沿z轴方向施加作用力, 因为晶体在x方向和y方向所产生的形变完全相同, 所以正负电荷重心保持重合, 电偶极矩矢量和等于零。这表明沿z轴方向施加作用力, 晶体不会产生压电效应。