如何在传感器中使用压电效应

压力是如何产生电压的？

      压电是通过施加压力产生电压。压电效应是一些材料在机械应变时的电极化。晶体上的压力产生的电压电位与施加的应变量成正比。

      如果晶体被拉伸，晶体两端的电压电位会改变极性。例如，晶体上施加压力时为正的点在晶体拉伸时为负。参见图1。

图1：对某些晶体施加压力会在晶体上产生表面电荷。电荷量与压力量成正比

     当晶体被压缩时，电子在连接到晶体的电路中沿一个方向流动，而当晶体解压时则沿相反方向流动。此外，在这两种情况下，晶体内的电子流都是从正极端子流向负极端子。

     正极缺电子；负极端子有多余的电子。如果压缩力或减压力保持恒定，则电子流将继续，直到这两个电荷相等，然后停止。

     可以通过压缩、拉伸、扭曲或弯曲对晶体施加压力。施加压力的方法取决于晶体材料。有些材料对弯曲压力反应较好，而另一些材料对扭曲压力反应较好。压力作用在晶体的原子上，迫使电子离开它们的轨道。

压电器件应用

      换能器是一种由来自一个系统的能量驱动并以相同或不同形式向第二个系统提供能量的装置。压电换能器是一种基于某些材料变形与材料电荷重新排列之间相互作用的换能器。

麦克风

      压电换能器用于麦克风、手表计时电路、广播和电视台发射器和接收器、超声设备、力和压力测量设备、压电转换器 (PZT) 和压电电机。超声波换能器用于医疗设备。此外，晶体是极好的过滤器。特定频率可以传递给负载或拒绝。

      压电（水晶）麦克风将声波的压力转换为电信号。来自声波的压力导致麦克风内的晶体材料压缩和解压，产生等效的电信号（见图 2）。如果将音频电信号施加到晶体上，麦克风就变成了耳机。在耳机应用中，施加的电信号使晶体压缩和解压，从而产生声波。

图2：压电（晶体）麦克风将声波压力转换为电信号 

测量力和压力

      压电还用于力和压力测量。这些压电传感器由连接到晶体的非常细的电线组成。

      当晶体被压缩或拉伸时，产生的电位与力成正比，可以用电压表测量。这些设备可用于测量机械和结构的振动。

压电马达

      1980 年，开发了压电转换器 (PZT) 和压电马达。由于施加电压时晶体的微小移动，平移器和电机都可以进行微定位调整。

      压电马达重量轻、转速低、扭矩（转动力）高。由于压电效应，这些电机无振动运行，可用于精确定位望远镜等应用。它们的缺点是寿命短。