压电陶瓷的压电原理和用途

压电陶瓷的用途十分广泛。据粗略统计，压电陶瓷至少有20多种用途。让我们仅举几例：

近年来，煤气公司出售的一种新式的电子打火机，就是应用压电陶瓷的压电效应制成的。有些少年朋友假如在中午要自己把饭菜热一下，你一定有这方面的“经验”：只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷即产生高电压，形成火花放电，从而点燃煤气。当压电陶瓷把机械能转换成电能放电时，陶瓷本身不会消耗，也几乎没有磨损，可以长久使用下去。所以，压电打火机使用方便，安全可靠，寿命长。据煤气公司销售人员介绍，一把压电打火机可使用30万次以上。以每年使用3000次计算，约可以使用100年。

地震这一自然现象，一直显得异常狰狞可畏。地球每年发生的地震大约有几百万次，其中人能感觉到的约为几万次，约占1%。20世纪以来，已发生10次破坏性大地震，其中有4次发生在中国。

大地震一旦发生，对人类造成的灾难是毁灭性的，因此，地震预报十分重要。由于压电陶瓷的压电效应非常灵敏，能精确地测出地壳内细微的变化，甚至可以检测到10多米外昆虫拍打翅膀引起的空气振动，所以，压电地震仪能精确地测出地震强度。由于压电陶瓷能测定声波的传播方向，因此，压电地震仪还能告诉人们地震的方位和距离。有压电地震仪来预报地震，人们可以放心多了。

在军事上，人们在制造穿甲弹的时候，常常把压电陶瓷安装在弹头部位。只要穿甲弹一击中坦克，炸药就会被压电陶瓷产生的高压电点燃而爆炸，把坦克炸得粉碎。

此外，通过正压电效应，把机械振动转换为交流电信号，可用来制造压电拾音器、扬声器、蜂鸣器、超声波接收探头等，其中电子音乐贺卡就是这种器件的实例。反之，通过逆压电效应，将交流电信号转换为机械振动，可用于制造超声波发射仪、压电扬声器、录像机和录音机的传动装置以及超声波清洗剂。另外，许多高转换效率、高灵敏度的声波发射和接收的压电器件正服役于超声波的水下探测仪，材料的超声波无损探伤仪，探测海洋中鱼群的规模、种类、密集程度、方位和距离，潜水艇位置的水下声纳，超声波断层摄影装置，大功率超声波碎石仪等各种仪器。

压电陶瓷具有加工成型方便、成本低、压电特性便于控制等特点，应用范围正在不断扩大，前景不可估量。

Uson-21超声波液位计

超声波换能器的结构主要有外壳、声窗（匹配层）、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、接收器等几大部分组成。其中，压电陶瓷圆盘换能器具有大多数换能器相同的作用，主要用于发射并接收超声波；超声波接收器在压电陶瓷圆盘换能器的上面，主要由引出电缆、换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成，接收压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。

二、超声波换能器的应用

超声波换能器具有十分广泛的应用，按应用的行业划分，可分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等；按实现的功能划分，可分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境划分，可分为液体、气体、生物体等；按性质划分，可分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等

某些单晶材料的结构具有非对称特性，当这些材料在外加应力作用下发生应变时，其内部晶格结构（变形）的变化将破坏原来的电中性宏观状态，产生极化电场（电化），所产生的电场（电极化强度）与应变的大小成正比。这种现象被称为正压电效应，是1880年居里兄弟发现的。

随后，在1881年，人们进一步发现这种单晶材料也具有逆压电效应，即当正压电效应的材料受到外加电场的作用时，会有应力和应变产生，其应变与外电场的大小成正比。因压电换能器电声效率高、功率容量大以及结构和形状可以根据不同的应用分别进行设计，在功率超声领域应用广泛。

扩展资料：

压电换能器的主要特点是电声转换效率高，特别是接收灵敏度高，但其机械强度低（脆性大），因此在高功率应用中受到限制（不过目前的最新技术已能达到数百瓦到上千瓦的声辐射功率）。另外，一些单晶材料容易溶于水而失效（水解）。

压电换能器是不分正负极的。因为压电换能器是交流驱动的。但是，与清洗和焊接传感器一样，为了方便起见，与前后盖板连接的电极通常被视为负电极。用于检测的传感器，如果是金属外壳，通常将金属外壳与压电传感器连接，当屏蔽用，这个当负极。

参考资料来源：百度百科-压电式换能器

参考资料来源：百度百科-压电陶瓷换能器

1、声音转换器声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电效应产生振动，而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线路的控制，可产生不同频率的振动，从而发出各种不同的声音。例如电子音乐贺卡，就是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。

2、压电引爆器 自从第一次世界大战中英军发明了坦克，并首次在法国索姆河的战斗中使用而重创了德军后，坦克在多次战斗中大显身手。然而到了20世纪六七十年代，由于反坦克武器的发明，坦克失去了昔日的辉煌。反坦克炮发射出的穿甲弹接触坦克，就会马上爆炸，把坦克炸得粉碎。这是因为弹头上装有压电陶瓷，它能把相碰时的强大机械力转变为瞬间高电压，爆发火花而引爆炸药。

3、压电打火机 煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。只要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而点燃煤气，可以长久使用。所以压电打火机不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长，例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机可使用100万次以上。

4、防核护目镜 核试验员带上用透明压电陶瓷做成的护目镜后，当核爆炸产生的光辐射达到危险程度时，护目镜里的压电陶瓷就把它转变成瞬时高压电，在1/1000 s里，能把光强度减弱到只有1/10000，当危险光消失后，又能恢复到原来的状态。这种护目镜结构简单，只有几十克重，安装在防核护目头盔上携带十分方便。

5、超声波换能器 适用于用于超声波焊接设备以及超声波清洗设备，主要采用大功率发射型压电陶瓷制作，超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置，超声波换能器作为能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗很少的一部分功率。

6、声纳 在海战中，最难对付的是潜艇，它能长期在海下潜航，神不知鬼不觉地偷袭港口、舰艇，使敌方大伤脑筋。如何寻找敌潜艇？靠眼睛不行，用雷达也不行，因为电磁波在海水里会急剧衰减，不能有效地传递信号，探测潜艇靠的是声纳------水下耳朵。压电陶瓷就是制造声纳的材料，它发出超声波，遇到潜艇便反射回来，被接收后经过处理，就可测出敌潜艇的方位、距离等。 1：正逆压电效应应用

2：压电陶瓷蜂鸣器|扬声器

3：压电陶瓷拾音器

4：压电变压器

5：压电陶瓷点火器