压电效应及其原理

压电效应及其原理机械院-陆继辉压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，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，或 称为电致伸缩现象。依据电介质压电效 应研制的一类传感器称为为压电传感器。

图示：

并非所有的陶瓷都具有压电效应。作为压电 陶瓷的原材料， 在晶体结构上一定是不具有对称中心的晶体， 如氧化铅、氧化锆、氧化钛、碳酸钡、氧化 铌、氧化镁、氧化锌等。 将这些原材料在高温下致密烧结，制成陶瓷， 并将制好的陶瓷在直流高压电场下进行极化 处理， 才能成为压电陶瓷。 常用的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸 铅以及三元系压电陶瓷等。

压电陶瓷的应用范围非常广泛，而且与人类的生活密切相关。其应用大 致可归纳为以下四方面：

(1)能量转换。 压电陶瓷可以将机械能转换为电能，故 可用于制造压电打火机、压电点火机、移 动X光机电源、炮弹引爆装置等。用压电陶 瓷也可以把电能转换为超声振动，用于探 寻水下鱼群，对金属进行无损探伤，以及 超声清洗、超声医疗等。

图示：

(2)传感。 用压电陶瓷制成的传感器可用来检测微 弱的机械振动并将其转换为电信号，可应 用于声纳系统、气象探测、遥感遥测、环 境保护、家用电器等。

(3)驱动。压电驱动器是利用压电陶瓷的 逆压电效应产生形变，以精确地控制位移， 可用于精密仪器与精密机械、微电子技术、 光纤技术及生物工程等领域。 (4)频率控制。压电陶瓷还可以用来制造 各种滤波器和谐振器。在收音机的电子线 路中，振荡器和滤波器是不可缺少的重要 部件。压电陶瓷用完成振荡、滤波功能。

压电地震仪地震震源一般在地壳内比较深的地方。从震源开始， 震动不断向四面八方传播。震动是一种机械波，当地震仪 中的压电陶瓷受到机械波的作用后，按照正压电效应，就 会感应出一定强度的电信号，这些信号可以在屏幕上显示 或是以其他形式表现出来。 由于压电陶瓷的压电效应非常灵敏，能精确测出几 达因的力的变化，甚至可以检测到十多米外昆虫拍打翅膀 引起的空气扰动，所以压电地震仪能精确地测出地震的强 度。由于压电陶瓷能测定声波的传播方向，故压电地震仪 还能指示出地震的方

位和距离。可以毫不夸张地说，压电 陶瓷在地震预报方面大显了身手。