-new-06第六讲-压电陶瓷的应用PPT课件下载推荐.ppt

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如图示，晶体内部正负离子的偶极矩在外力的作用下石英晶体：

如图示，晶体内部正负离子的偶极矩在外力的作用下由于晶体的形变而被破坏，导致使晶体的电中性被破坏，从而使其在一由于晶体的形变而被破坏，导致使晶体的电中性被破坏，从而使其在一些特定的方向上的些特定的方向上的晶体表面出现剩余电电荷而产生的。

晶体表面出现剩余电电荷而产生的。

不受力不受力图图22石英晶体压电模型石英晶体压电模型三、压电效应的物理机制三、压电效应的物理机制压电陶瓷：

压电陶瓷：

压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体大不相同，未经极化处理的压电压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体大不相同，未经极化处理的压电陶瓷材料是不会产生压电效应的。

压电陶瓷经极化处理后，剩余极化强陶瓷材料是不会产生压电效应的。

压电陶瓷经极化处理后，剩余极化强度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一端为负），度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一端为负），由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界的自由电由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界的自由电荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。

当对其施加一个与极化方向平行或荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。

当对其施加一个与极化方向平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电荷层的间距变小，垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电荷层的间距变小，一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影像增强，而使表面的自由电一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影像增强，而使表面的自由电荷过剩出现放电现象。

当所受到的外力是拉力时，将会出现充电现象。

荷过剩出现放电现象。

图图5束缚电荷和自由电荷排列示意图束缚电荷和自由电荷排列示意图自由电荷自由电荷自由电荷自由电荷电极电极束缚电荷束缚电荷两种压电材料的特点两种压电材料的特点石英晶体：

居里点温度高（高达石英晶体：

居里点温度高（高达573573），稳定性好，），稳定性好，无热释电无热释电现象现象。

但压电常数小，成本高。

压电常数大，成本低。

但居里点温度低，稳定性不压电陶瓷：

但居里点温度低，稳定性不如石英晶体，有热释电现象，会给传感器带来热干扰。

利用如石英晶体，有热释电现象，会给传感器带来热干扰。

利用热释电热释电现象现象特性可以制作热电传感器，如红外探测。

特性可以制作热电传感器，如红外探测。

3.3.常用压电材料常用压电材料压电晶体（单晶体）：

石英；

铌酸锂等。

压电晶体（单晶体）：

钛酸钡；

锆钛酸铅系列（压电陶瓷：

锆钛酸铅系列（PZ系列）等。

系列）等。

压电半导体和高分子压电材料（含压电薄膜）等。

图石英晶体的外形图石英晶体的外形（a）天然石英晶体；

天然石英晶体；

（b）人工石英人工石英晶体；

晶体；

（c）右旋石英晶体理想外形右旋石英晶体理想外形m柱面；

柱面；

R大棱面；

大棱面；

r小小棱面；

棱面；

s棱界面；

棱界面；

x棱角面棱角面原理和应用压电陶瓷片，也是一种发声元件，它利用压电效应工作，既可以作发声元件又可以作接收声音的元件。

而且它很便宜，生日卡上的发声元件就是它。

压电陶瓷片是在圆形铜底板上涂覆了一层厚约1mm的压电陶瓷，再在陶瓷表面沉积一层涂银层，涂银层和铜底板就是它的两个电极。

压电陶瓷有一个奇妙的特性压电效应：

如将它弯曲，它的表面就会出现异种电荷，如反向弯曲，电荷的极性也会相反。

奇妙的是如果在压电陶瓷片的两个电极上施加一定的电压，它就会发生弯曲，当电压方向改变时，弯曲的方向也随之改变。

利用压电效应，有了一种声-电，电-声转换的两用器件，可以当话筒用：

对压电陶瓷片讲话，使它受到声波的振动而发生前后弯曲，当然人的眼睛分辨不出这种弯曲，在压电陶瓷片的两电极就会有音频电压输出。

相反地，把一定的音频电压加在压电陶瓷片的两极，由于音频电压的极性和大小不断变化，压电陶瓷片就会产生相应的弯曲运动，推动空气形成声音，这时候，它又成了喇叭。

继续:

日常应用等效电路等效电路（a）（b）导电层导电层钟表应用钟表应用等效电等效电路路压电传感器的基片结构如压电传感器的基片结构如图，几何形状有圆片、方片、图，几何形状有圆片、方片、圆柱、圆筒等形状，在基片的圆柱、圆筒等形状，在基片的两个相互绝缘两个相互绝缘（产生电荷产生电荷）的表的表面镀有导电金属膜面镀有导电金属膜（如银膜如银膜）并并焊接一对电极而成。

由于压电焊接一对电极而成。

由于压电传感器的基片一般具有较大的传感器的基片一般具有较大的介电常数，电极间的距离也不介电常数，电极间的距离也不大，所以压电传感器可以等效大，所以压电传感器可以等效为一只电容器。

为一只电容器。

根据高频电子线路的知识我们知道，石英晶体的交流等效回路是根据高频电子线路的知识我们知道，石英晶体的交流等效回路是LCRLCR电路，存在两个谐振频率：

串联谐振频率电路，存在两个谐振频率：

串联谐振频率SS和并联谐振频率和并联谐振频率PP。

当当SS时阻抗特性为容性；

时阻抗特性为容性；

SSPP时阻抗特性为感性，时阻抗特性为感性，SSPP（工作区间工作区间）很窄。

常用的压电材料的弹性模量较大，惯性质量较小，所很窄。

常用的压电材料的弹性模量较大，惯性质量较小，所以固有频率较高，频响特性较好。

但由于输出阻抗太高，所以对测量电以固有频率较高，频响特性较好。

但由于输出阻抗太高，所以对测量电路要求也很高。

路要求也很高。

电子钟表的工作原理n是根据“电生磁、磁生电”的物理现象设计而成。

即由电能转换为磁能，再由磁能转换为机械能，带动时分针运转，达到计时目的。

1、晶体管摆轮钟以干电池为能源，用晶体管作为开关，摆轮游丝为振荡系统，统一机芯为J1型，外形与普通闹钟一样。

2、晶体闹钟与晶体管摆轮钟一样性能，加上一个由电能供给的闹时装置。

3、晶体管摆钟用电子电路控制摆作为振荡元件，外形与机械摆钟相似。

4、石英钟用“石英晶体”作为振荡器，通过电子分频去控制马达运转，带动指针。

走时精度很高。

品种有台钟、挂钟、日历钟、闹钟、音乐钟、落地钟，也有汽车钟、舰船钟、天文钟等各种技术用钟。

5、数显钟也用石英晶体作为振荡器，直接用发光管或液晶显示时间，不用机械传动。

具有时、分、秒、日历、周历、月历等多种功能。

6、电子表以电池为能源代替发条，不用手上弦，有多种结构，外形同机械手表，统称电子手表。

电子表分为四代n第一代是摆轮游丝电子手表，是以摆轮游丝作为振荡器，以微型电池为能源，通过电子线路驱动摆轮工作。

n第二代是音叉电子手表，是以金属音叉作为振荡器，用电子线路输出脉冲电流，使机械音叉振动。

n第三代是指针式石英电子手表，是利用石英谐振器作为振荡器，通过电子分频器后驱动步进马达带动轮系和指针。

n第四代是数字式石英电子表，它也是采用石英谐振器作为振荡器，不同的是它经过分频、计数和译码后利用显示器件以数字的形式来显示时间。

前三代电子手表均带有传统的机械指针机构，而第四代采用大规模集成电路，完全脱离了传统的机械结构的全电子手表。

超声设备超声设备超声设备超声波加工装置及原理录象单相驱动超声旋转马达录象压电陶瓷薄膜具有大的压电常数和机电耦压电陶瓷薄膜具有大的压电常数和机电耦合系数。

合系数。

超声波与换能器换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件超声传感器n超声传感器包括超声发射器、超声接受器、定时电路和控制电路四个主要部分。

n它的工作原理大致是这样的：

首先由超声发射器向被测物体方向发射脉冲式的超声波。

发射器发出一连串超声波后即自行关闭,停止发射。

同时超声接受器开始检测回声信号,定时电路也开始计时。

当超声波遇到物体后,就被反射回来。

等到超声接受器收到回声信号后,定时电路停止计时。

此时定时电路所记录的时间,是从发射超声波开始到收到回声波信号的传播时间。

利用传播时间值,可以换算出被测物体到超声传感器之间的距离。

这个换算的公式很简单,即声波传播时间的一半与声波在介质中传播速度的乘积。

超声传感器整个工作过程都是在控制电路控制下顺序进行超声波是一种频率高于人的可听声波频率超声波是一种频率高于人的可听声波频率范围的声波。

（频率高于范围的声波。

（频率高于20000Hz20000Hz）人类听不出超声波，但不少动物却有此本人类听不出超声波，但不少动物却有此本领（如蝙蝠）。

领（如蝙蝠）。

声纳声纳人们利用超声波定向人们利用超声波定向性好，在水中传播距离远特性好，在水中传播距离远特点制成声纳，可以发现潜艇点制成声纳，可以发现潜艇和鱼群，还可以测绘海底形和鱼群，还可以测绘海底形状。

状。

超声波诊断仪超声波诊断仪超声波可以成像。

医院超声波可以成像。

医院利用利用BB型超声波诊断仪做型超声波诊断仪做胃部、腹部检查，还可以观胃部、腹部检查，还可以观察胎儿的发育情况。

察胎儿的发育情况。

超声波仪器超声波仪器超声波速度测定器超声波速度测定器利用超声波的多普勒利用超声波的多普勒效应制成速度测定器，交警效应制成速度测定器，交警在高速公路上测定车辆的速在高速公路上测定车辆的速度。

度。

超声波清洗器超声波清洗器超声波能使清洗液剧超声波能使清洗液剧烈振动，有去污作用，人们烈振动，有去污作用，人们制成超声波清洗器。

制成超声波清洗器。

超声波焊接器超声波焊接器超声波还能使塑料膜超声波还能使塑料膜之间摩擦生热，粘合在一之间摩擦生热，粘合在一起，制成超声波焊接器。

起，制成超声波焊接器。

超声波手枪超声波手枪（15-3015-30千赫）千赫）可以击碎结石和体内脂肪的声学振荡器可以击碎结石和体内脂肪的声学振荡器这是一种无形的振荡器，可用这是一种无形的振荡器，可用以击碎肾结石和胆结石。

声波以击碎肾结石和胆结石。

声波就这样进入到我们的体内，粉就这样进入到我们的体内，粉碎结石，使我们痊愈。

碎结石，使我们痊愈。

超声无损探伤超声无损探伤人们在使用各种材料人们在使用各种材料（尤其是金属材料）的（尤其是金属材料）的长期实践中，观察到大长期实践中，观察到大量的断裂现象，它曾给量的断裂现象，它曾给人类带来许多灾难事故，人类带来许多灾难事故，涉