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第2章 有源传感器 2.1 磁电式式传感器 2.2 压电式传感器 2.2.1 压电效应和压电材料 一、物质的压电效应 某些物质沿其一定的方向施加压力或拉力时，随着形变的产生，会 在其某两个相对的表面产生符号相反的电荷（表面电荷的极性与拉、压 有关），当外力去掉形变消失后，又重新回到不带电的状态，这种现象 称为“正压电效应”—— 机械能转变为电能；反之，在极化方向上 （产生电荷的两个表面）施加电场，它又会产生机械形变，这种现象称 为“逆压电效应”—— 电能转变为机械能。具有压电效应的物质（电介 质）称为压电材料。 F 极化面 逆压电效应 Q 机械能 压电介质 电能 ｛ ｝ 正压电效应 F 压电效应及可逆性 二、压电材料的压电常数 以下讨论忽略外界附加电场、力场的作用和温度、磁场的影响。 1.石英晶体的压电方程及压电常数矩阵 石英晶体是一种各向异性的（压电材料）介质，按X0°切型的正六 面体，在三维直角坐标系内的力 —— 电作用状态如图所示： F ～F 分别为沿 x 、y 、z 轴的正 z 1 3 (3) σ = d F 应力（或应力分量）， F ～F 分 i j i j j 4 6 ( σ ) F3 i =1 、2、3 3 别为绕 x 、y 、z轴的切向应力， F6 j =1 、2、3 、4、5、6 σ～ σ分别是 x 、y 、z 表面由 ( σ) 1 3 F5 2 (2) 于压电效应而产生的电荷面密度。 F y F 2 其压电方程为： 4 ( σ) σ d P 1 F ij ij j x (1) 1 i 、、 →x 、y 、z 1 2 3 X0°切型石英晶体切片的力 —— 电分布 、、、、、 → 沿 、 、 、绕 、 、 j 1 2 3 4 5 6 ( x y z ) ( x y z ) P j : j 方向的应力分量（Pa ）