Пьезоэлектрические преобразователи

Лекция № 8 от 11.04.2005

Пьзоэффект был открыт в 1880 г. братьями Жаном Пьером Кюри. Он связывает механическую деформацию в кристалле с возникшим в нем электрическим сигналом. Электрическое напряжение приложенное к пьезоэлектрическому кристаллу вызывает его механическую деформацию и наоборот, механическое воздействие на кристалл порождает в нем электрическое напряжение. Это и есть прямой и обратный пьзоэффект.

Пьзоэлектричество наблюдалось в кристаллах, которые не имеют центра симметрии. 21 класс кристаллов не обладает такой симметрией и свыше 1000 кристаллических материалов демонстрируют пьзоэлектрический эффект.

Пьзоэлектричество наблюдалось как в монокристаллических материалах (кварц), так и в поликристаллических материалах (керамика).

В пьзоэлектрических материалах соотношение между электрическим полем с индукцией E результирующим полем D и механическим натяжением T, и результующей деформацией S в материале описывается выражением:

- коэффициент упругости, податливости материала;

- диэлектрическая восприимчивость материала;

Индексы E и T обозначают, что эти величины измеряются при постоянной механической силе и электрическом поле соответственно, если d обозначает заряд на единицу приложенного давления при постоянном электрическом поле. Этим же символом обозначается механическое натяжение на единицу приложенного поля при постоянном давлении, d – представляет собой пьзоэлектрический коэффициент заряда материала [м/В].

Другой коэффициент называется пьзоэлектрическим коэффициентом напряжения, обозначается буквой g и также используется в выражении связывающих между собой механические и электрические параметры материала.

g [В*м/н]

Самым известным коэффициентом связывающим электрические и механические параметры в материале является коэффициент электромеханической связи пьзоэлектрического устройства – k.

- мера количества энергии, приложенной в одной из форм механической или электрической, которая преобразуется в другую форму.

Пьзоконстанты d, g и k зависят от направления приложения механической силы или электрического поля в кристалле.

Пьзоконстанты записываются с двумя индексами, где первый указывает направление генерированного поля, а второй напряжение приложенного механического напряжения.

Пьзоэлектрические преобразователи наиболее широко применяются для измерения вибрации. Выход от этих преобразователей необходимо согласовывать по уровню и форме сигнала, прежде, чем он будет использоваться. Обычно эта согласующая цепь размещается внутри корпуса преобразователя.

Дата добавления: 2014-01-07