压电材料、原理、应用.ppt

探鱼仪是一种用来探测水下鱼群的声纳设备。其声波发射部分和接收部分用压电陶瓷制成。压电陶瓷在交变电场作用下，会产生伸缩振动，从而向水中发射声波。 声波在向前传播时遇到鱼群即被反射回来，压电陶瓷接收部分收到回波后，即将它变换成电信号，经过电路处理就会显示出鱼群的规模、种类、密集程度、方位和距离等，便于捕捞作业。 压电探鱼仪 这种诊断仪中有用压电陶瓷制成的超声波发生探头，它发出的超声波在人体内传输，体内各种不同组织对超声波有不同的反射和透射作用。 反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转换成电信号，并显示在屏幕上，据此可看出各内脏的位置、大小及有无病变等。B型超声诊断仪通常用来检查内脏病变组织(如肿块等)。 压电超声医疗仪 压电式压力传感器可以测量各种压力，如车轮通过枕木时的强压力，继电器触点压力和人体脉搏的微小压力等 最多的是在汽车上测量气压、发动机内部燃烧压力和真空度。 压电传感器 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 压电换能器 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + 压电驱动器 压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，别小看这微小的变化，基于这个原理制做的精确控制机构－－压电驱动器。 据报道，88层的压电陶瓷片做成的驱动器可在20ms内产生50μm的位移，响应速度之快是其它材料所无法比拟的，是高精度、高速驱动器所必须的材料。 压电超声马达 当给定子加上电之后，由于逆压电效应，定子表面就会产生超声振动。由于定子和转子之间的摩擦力的作用，转子也会跟着运动起来。 世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径1mm，可作为人造心脏的驱动器。 压电陶瓷变压器 首先输入电压V1通过驱动部分逆压电效应转换成机械振动能，机械能通过发电部分正压电效应又换成电能。在这两次能量转换中实现高的电压输出V2 开路升压比 ： 压电振荡器 用于加湿机，医疗雾化等领域。 雾气出口 水箱 压电振子 水 雾 风机 其驱动系统为压电陶瓷双膜片，振动系统为纸盆，耦合元件把驱动系统的能量有效的传递给振动系统。工作时，加在压电陶瓷双膜片片上的电能转换为机械能，通过耦合元件传给纸盆使之振动发声。 压电扬声器 基于压电扬声器原理还有，压电蜂鸣器，例如音乐贺卡、门铃．寻呼机。移动电话机振铃等。基本工作原理为：当在压电陶瓷片上施加一交变电场时，压电陶瓷片产生一相对应的形变即振动，当振动频率在音频波段内时就会发出对应的音响。 压电陶瓷的用途 超声马达在国外已应用的领域 智能飞机 磁悬浮列车 汽车 手机 人造卫星 细胞穿刺 智能药片（压电泵） 集成式 USM 彩色复印机 火星探测器 半导体制造业 照相机 手表 昆虫机器人 变形机翼（应用压电作动器） 天文望远镜 空中机器人 太空机器手 压电陶瓷的用途 南京航空航天大学研制的部分超声马达及其应用 无磁性USM 双模态步进USM 三自由度USM 带编码器USM 大推力直线USM 便携式汽油发动机 云台控制系统 方板型直线USM 移动机器人 核磁共振注射器 关节机器手 X-Y运动台（直线USM） 行波型杆式USM 模态转换型USM 用于二元机翼模型试验 非接触性USM X-Y运动台（旋转USM） 若在同一切片上，沿机械轴y方向施加作用力Fy，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷qx，其大小为 式中：d12——y轴方向受力，x方向产生电量的压电系数， 根据石英晶体的对称性， 有d12=-d11； a、b——晶体切片的长度和厚度。 当石英晶体沿z轴方向作用力时，由于晶体沿x轴方向和y轴方向产生同样的变形，因此沿z轴方向施加作用力时，石英晶体不会产生压电效应，即dz=0 y x z O 石英晶体的上述特性与其内部分子结构有关。图2是一个单元组体中构成石英晶体的硅离子和氧离子，在垂直于z轴的xy平面上的投影，等效为一个正六边形排列。 图中“+”代表硅离子Si4+， “—”代表氧离子O2-。 2 石英晶体产生压电效应的微观机理 图2 图1 当石英晶体未受外力作用时： 正、负离子正好分布在正六边形的顶角上，形成三个互成120°夹角的电偶极矩μ1、 μ2、μ3。 μ =ql q为电荷量，l为正负电荷之间距离。 此时正负电荷重心重合，电偶极矩的矢量和等于零。 即：μ1+ μ2+ μ3=0 所以晶体表面不产生电荷，即呈中性。 当晶体受到沿x轴方向的压力作用时： 晶体沿x方向将产生压缩变形，正负离子的相对位置也随之变动。此时正负电荷重心不再重