压电效应的基本原理

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小兴聊教育
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压电效应的基本原理如下:

压电效应的原理是,如果对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动)。

这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。

压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,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。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

压电体受到外机械力作用而发生电极化,并导致压电体两端表面内出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与外机械力成正比,这种现象称为正压电效应。

压电体受到外电场作用而发生形变,其形变量与外电场强度成正比,这种现象称为逆压电效应. 具有正压电效应的固体,也必定具有逆压电效应,反之亦然。正压电效应和逆压电效应总称为压电效应.晶体是否具有压电效应,是由晶体结构的对称性所决定的。

压电效应的分类:

电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

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。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

逆压电是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。

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