Физико-химические основы РЭС - 8 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на использовании пьезоэлектрического эф-
фекта, представляющего собой способность некоторых материалов образовывать на гранях поверхности
при механическом нагружении электрические заряды (прямой пьезоэффект) и механически деформиро-
ваться при приложении электрического поля (обратный пьезоэффект).
Количественно эффект оценивается пьезомодулем
d
,
устанавливающим пропорциональность между
величиной возникающего заряда
Q
и приложенной силой
Р
:
Q
=
dp
.
(2.1)
Пьезоэффект наблюдается только в веществах с гетерополярной связью (ионных или сильнополяр-
ных диэлектриках). Вторым необходимым условием является отсутствие центра симметрии в кристал-
лической решетке, что приводит при её деформации к несимметричному смещению зарядов разного
знака. Ещё одно требование – высокое удельное электросопротивление материала, затрудняющее внут-
реннюю компенсацию избыточных зарядов на поверхности пьезокристалла.
Основными природными пьезоматериалами являются кварц и турмалин.
Для получения наибольшего пьезомодуля кварцевая шайба, пластинка или диск вырезаются из мо-
нокристалла таким образом, чтобы наибольшая плоскость была перпендикулярна кристаллографиче-
ской оси
X
(рис. 2.1).
Ось
X
называют электрической (или пьезоэлектрической) осью. Обычно у
вырезанной прямоуголь-
ной пластинки ребро
а
параллельно оси
X
; ребро
b
– оптической оси
Z
, а ребро
l
– третьей координатной
оси
Y
,
называемой механической осью. При нагружении пластины силой
P
x
в направлении оси
X
(рис.
2.1 и 2.2) на её грани образуется заряд
Q
пр
=
d
II
P
X
. (2.2)
Рис. 2.1. Ориентация
выреза кварцевой
пластины
Рис. 2.2. Схема возникновения
пьезоэффекта:
а
– структура кварца в направлении
оси
z
;
б
– поперечный и
в
– продоль-
ный пьезоэффект
Следует отметить, что этот заряд не зависит от геометрических размеров пластины (продольный
пьезоэффект).
Если подвергнуть пластину сжатию в направлении оси
Y
,
то на тех же гранях вновь появляется за-
ряд, но только противоположного знака. При поперечном пьезоэффекте заряд зависит от соотношения
l
/
а
:
e
P
a
l
dQ
⊥
−=
попр
. (2.3)
а
)
б
)
в
)
Х
Y
b
a
l
Z

Страницы