压电陶瓷片和晶振的区别

FINISH

/UNITS,SI

/CLEAR

/FILNAME,gl2mmsunshang

/CONFIG,FSPLIT,750

/CONFIG,NRES,4000

/PREP7 !进入前处理器

/TITLE,sunshang

ET,1,SOLID45 !定义单元类型

ET,2,SOLID5 !PZT-5A

KEYOPT,2,1,3 !设置单元关键选项

MP,EX,1,2.06E11

MP,DENS,1,7850 !定义1号单元材料属性

MP,PRXY,1,0.3

MP,DENS,2,7750 !定义压电片相关参数PZT-5A

EMUNIT,EPZRO,8.85E-12

MP,PERX,2,916!定义介电常数 k11=916,k33=830

MP,PERY,2,916!相对介电常数k11(Z轴极化)

MP,PERZ,2,830!k33

!定义压电应力系数

e33=15.8 !单位为c/m2

e31=-5.4

e15=12.3

!定义各向异性弹性刚度

c11=12.1E10 !单位为N/m2

c12=7.54E10

c13=7.52E10

c33=11.1E10

c44=2.11E10

c66=2.26E10

TB,PIEZ,2!创建压电应力系数

TBDATA,3,e31 !e31

TBDATA,6,e31 !e31

TBDATA,9,e33 !e33

TBDATA,14,e15!e15

TBDATA,16,e15!e15

TB,ANEL,2,,,0!创建各向异性弹性刚度

TBDATA,1,c11,c12,c13 !C11,C12,C13

TBDATA,7,c11,c13 !C11,C13

TBDATA,12,c33!C33

TBDATA,16,c66!C66

TBDATA,19,c44!C44

TBDATA,21,c44!C44

BLOCK,0,0.6,0,0.02,0,0.02 !生成实体模型

BLOCK,0,0.008,0.006,0.014,0.02,0.0203

BLOCK,0.296,0.304,0.006,0.014,0.02,0.0203

BLOCK,0.504,0.506,0,0.02,0.018,0.02!损伤尺寸宽2mm，深2mm，长度20mm

VGLUE,1,2,3

VSBV,5,4

AGEN,2,25,,,0.008 !产生面来切割体

AGEN,2,25,,,0.296

AGEN,2,25,,,0.304

AGEN,2,25,,,0.504

AGEN,2,25,,,0.506

AGEN,2,25,,,0.018

AGEN,2,25,,,0.286

AGEN,2,25,,,0.314

AGEN,2,25,,,0.494

AGEN,2,25,,,0.516

AGEN,2,27,,,,0.006

AGEN,2,27,,,,0.014

AGEN,2,1,,,,,0.018

VSBA,ALL,ALL

VSEL,S,VOLU,,4,66 !赋予属性

VATT,1,,1

VSEL,S,VOLU,,2,3

VATT,2,,2

VSEL,ALL

LSEL,S,LENGTH,,0.018 !选择线并指定网格划分大小

LESIZE,ALL,,,6,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.008

LESIZE,ALL,,,4,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.01

LESIZE,ALL,,,4,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.268

LESIZE,ALL,,,22,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.180

LESIZE,ALL,,,20,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.002

LESIZE,ALL,,,2,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.084

LESIZE,ALL,,,12,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.006

LESIZE,ALL,,,3,,,,,1

LSEL,S,LENGTH,,0.0003

LESIZE,ALL,,,3,,,,,1

VSEL,ALL!网格划分

MSHKEY,1

MSHAPE,0,3D

VMESH,ALL

NSEL,S,LOC,X,.002 !施加约束

NSEL,R,LOC,Z,0

D,ALL,UX,0,,,,UY,UZ

NSEL,S,LOC,X,0.587

NSEL,R,LOC,Z,0

D,ALL,UY,0

D,ALL,UZ,0

*SET,V1,0

NSEL,S,LOC,Z,0.02 !耦合第一个压电片的电压

NSEL,R,LOC,X,0,0.008

NSEL,R,LOC,Y,0.006,0.014

CP,1,VOLT,ALL !耦合电压

*GET,N1,NODE,,NUM,MIN

D,N1,VOLT,V1 !施加电压荷载

NSEL,S,LOC,Z,0.0203

NSEL,R,LOC,X,0,0.008

NSEL,R,LOC,Y,0.006,0.014

CP,2,VOLT,ALL

*GET,N2,NODE,,NUM,MIN

NSEL,S,LOC,Z,0.02 !耦合第二个压电片的电压

NSEL,R,LOC,X,0.296,0.304

NSEL,R,LOC,Y,0.006,0.014

CP,3,VOLT,ALL

*GET,N3,NODE,,NUM,MIN

D,N3,VOLT,V1 !施加电压荷载

NSEL,S,LOC,Z,0.0203

NSEL,R,LOC,X,0.296,0.304

NSEL,R,LOC,Y,0.006,0.014

CP,4,VOLT,ALL

*GET,N4,NODE,,NUM,MIN

ALLSEL,ALL

FINISH

SAVE

*SET,pi,3.1415926 !第一个信号（汉宁窗调制正弦波）

*SET,f,80*1e3 !80KHZ

*SET,T0,10/f !80KHZ电压信号 （窗口宽度为10周期）

*DIM,V2,table,800,1,1 !定义一个数组

t1=1E-10 !起始时间

t2=T0/200 !时间间隔

t3=T0 !终止时间

t4=4*T0

*DO,i,1,800,1

Ti=t1+i*t2

V2(i,0)=Ti

*IF,Ti,LE,t3,THEN

V2(i,1)=0.5*(1-COS(2*pi*Ti/T0))*SIN(2*pi*f*Ti)

*ELSE

V2(i,1)=0

*ENDIF

*ENDDO

FINISH

!进行模态分析

/SOLU

ANTYPE,2

MODOPT,LANB,50

EQSLV,SPAR

MXPAND,50, , ,0

LUMPM,0

PSTRES,0

MODOPT,LANB,50,0,10000000000000000, ,OFF

SOLVE

FINI

!提取第一阶模态频率

*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ

!提取第二阶模态频率

*GET,FREQ2,MODE,2,FREQ

/POST1

/VIEW,1,1,1,1

/VUP,,Z

/TYPE,,4

*DO,I,1,50

SET,LIST,I

PLDISP,I !显示变形几何形状

*ENDDO

FINISH

/SOLU !进入求解器

ALLSEL,ALL

ANTYPE,TRANS !指定分析类型

TRNOPT,FULL!指定瞬态分析方法

NLGEOM,OFF!-----关闭大变形选项

TINTP,,0.25,0.5,0.5!压电瞬态分析中，瞬态积分参数

EQSLV,SPAR

OUTPR,ALL,ALL !控制结果的输出

OUTRES,ALL,ALL !保存所有的数据到结果文件中

TIMINT,ON,ALL !使用瞬态效应

!DAMPRATIO=0.02 !阻尼比

!F1=2*pi*135.49 !第一阶圆频率

!F2=2*PI*185.78!第二阶圆频率

!ALPHAD,2*DAMPRATIO*F1*F2/(F1*F2) !Raileigh阻尼

!BETAD,2*DAMPRATIO/(F1*F2)

!MP,DAMP,1,0.0002*2/(2*3.1416*f/10) !假想钢的阻尼

!MP,DAMP,2,0.015*2/(2*3.1416*f/10) !假想PZT的阻尼

time,t4! 第一载荷步

nsubst,800

ALLSEL,ALL

D,N2,VOLT,%V2%

KBC,0 !指定为斜坡加载方式

SOLVE

FINISH

/POST26

NSOL,2,N2,VOLT,,V2 !定义变量

NSOL,3,N4,VOLT,,V4

/AXLAB,X,Time ( s )

/AXLAB,Y,Voltage ( V )

PLVAR,2

/WAIT,3

PLVAR,3

/GRTYP,2

/GROPT,ASCAL,ON

XVAR,1

PLVAR,2,3

*GET,NUM_VAR,VARI,0, NSETS ! 将时间变量长度值赋给变量NUM_VAR

*DIM,T_U,ARRAY,NUM_VAR,3 ! 定义保存时间历程结果的矩阵T_U，有num_var行，4列

VGET,T_U(1,1,1),1! 矩阵的第一列保存第一个时间历程变量（默认为TIME）

VGET,T_U(1,2,1),2! V2的时间历程结果

VGET,T_U(1,3,1),3! V4

*CFOPEN,T_U,txt ! 定义数据结果文件，T_U.txt

*VWRITE,T_U(1,1,1),T_U(1,2,1),T_U(1,3,1) ! 将时间历程结果数据写到数据结果文件中

(31F16.9)! 数据的输出格式

*GET,NUM_VAR,VARI,0, NSETS ! 将时间变量长度值赋给变量NUM_VAR

*DIM,T,ARRAY,NUM_VAR,1 ! 定义保存时间历程结果的矩阵T_U，有num_var行，4列

VGET,T(1,1,1),1! 矩阵的第一列保存第一个时间历程变量（默认为TIME）

*CFOPEN,T,txt ! 定义数据结果文件，T_U.txt

*VWRITE,T(1,1,1) ! 将时间历程结果数据写到数据结果文件中

(31F16.9)! 数据的输出格式

*GET,NUM_VAR,VARI,0, NSETS ! 将时间变量长度值赋给变量NUM_VAR

*DIM,v2,ARRAY,NUM_VAR,1 ! 定义保存时间历程结果的矩阵T_U，有num_var行，4列

VGET,v2(1,1,1),2! 矩阵的第一列保存第一个时间历程变量（默认为TIME）

*CFOPEN,v2,txt ! 定义数据结果文件，T_U.txt

*VWRITE,v2(1,1,1) ! 将时间历程结果数据写到数据结果文件中

(31F16.9)

*GET,NUM_VAR,VARI,0, NSETS ! 将时间变量长度值赋给变量NUM_VAR

*DIM,v4,ARRAY,NUM_VAR,1 ! 定义保存时间历程结果的矩阵T_U，有num_var行，4列

VGET,v4(1,1,1),3! 矩阵的第一列保存第一个时间历程变量（默认为TIME）

*CFOPEN,v4,txt ! 定义数据结果文件，T_U.txt

*VWRITE,v4(1,1,1) ! 将时间历程结果数据写到数据结果文件中

(31F16.9)

压电只是耳塞的一种 指的是耳塞单元的发生原理 除了压电主要还有动铁，动圈，静电 目前的高档入耳耳塞多为动铁单元压电：利用用压电陶瓷的压电效应发声。效率高、频率高。缺点：失真大、驱动电压高、低频响应差，抗冲击里差。此类耳机多用于电报收发使用，现基本淘汰。少数耳机采用压电陶瓷作为高音发声单元。动铁：利用了电磁铁产生交变磁场，振动部分是一个铁片悬浮在电磁铁前方，信号经过电磁铁的时候会使电磁铁磁场变化，从而使铁片振动发声。优点是使用寿命长、效率高。缺点是失真大，频响窄。常用于早期的电话机听筒。与一般动圈耳机不同，动铁式的发音单元可以做的很小，因此可以将2个甚至3个单元放入每边声道内，分别负责高、低音及音场处理。音效能与高级喇叭系统相媲美。动圈：这是现在最普遍的耳机形式。是将线圈固定在振膜上，置于由永磁铁产生的固定磁场中，信号经过线圈切割磁力线，从而带动振膜一起振动发声。优点是制作相对容易，线性好、失真小、频响宽。缺点是效率低（算不上什么缺点）。静电：又称静电平面振膜，是将铝（或其它导电金属）线圈直接电镀或印刷在很薄的塑料膜上，将其置于强静电场中（通常由直流高压发生器和固定金属片（网）组成），信号通过线圈的时候切割电场，带动振膜振动发声。优点是线性好、失真小（电场比磁场均匀），瞬态响应好（振膜质量轻），高频响应好。缺点是低频响应不好、需要专门的驱动电路和静电发生器、价格昂贵。效率也不高。

当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。

1、检查压电陶瓷片，选取外观良好，基片以及镀银涂层都没有氧化的压电陶瓷片备用。

2、压电陶瓷片加锡，先对压电陶瓷片铜/钢基片加锡，由于铜/钢基片散热快，锡不能加多，只是焊接时间延长，一般要在2.5秒以上的时间才能让锡点可靠的附着在铜/钢基片上。再对镀银涂层加锡，要求锡焊点小，加锡时间小于1.5秒即可。

压电效应：某些电介质（如日本富士压电陶瓷片）在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种力-电转换的现象称为正压电效应。

    压电陶瓷进行极化处理主要是工艺上的问题：包括油浴极化法、空气极化法、空气高温极化方法等。这和使用没有关系，不必要深究。

下图是可以非标定制的压电陶瓷片

压电陶瓷换能器的原理是：当对这种陶瓷片施加压力或拉力，它的两端会产生极性相反的电荷，通过回路而形成电流。这种效应称为压电效应。如果把用这种压电陶瓷做成的换能器放在水中，那么在声波的作用下，在其两端便会感应出电荷来，这就是声波接收器。而且，压电效应是可逆的，假如在压电陶瓷片上施加一个交变电场，陶瓷片就会时而变薄时而变厚，同时产生振动，发射声波。这样超声波发射器的问题也就解决了。

压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。

材料原理,材料分类,无机压电材料,有机压电材料,材料套用,换能器,驱动器,感测器,机器人,发展现状,细晶粒压电陶瓷,PbTiO3系压电陶瓷,压电复合材料,多元单晶压电体,材料参数, 基本介绍 受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。1880年，法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。随即，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生巨观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。 利用压电材料的这些特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于感测器元件中，例如地震感测器，力、速度和加速度的测量元件以及电声感测器等。这类材料被广泛运用，举一个很生活化的例子，打火机的火花即运用此技术。 材料原理 压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。那么，什么是压电效应呢？ 当你在点燃煤气灶或热水器时,就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压,进而将电能引向燃气的出口放电。于是，燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。 压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压,则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超音波信号。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。 压电石英晶体材料 压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的套用。例如，压电材料已被用来制作智慧型结构，此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。 材料分类 无机压电材料 分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180 畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化（施加强直流电场）条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有巨观压电性。如：钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。这类材料的研制成功，促进了声换能器，压电感测器的各种压电器件性能的改善和提高。 压电材料 压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁电晶体铌酸锂、钽酸锂等。 相比较而言，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，因而适合于大功率换能器和宽频滤波器等套用，但对高频、高稳定套用不理想。石英等压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高，多用来作标准频率控制的振子、高选择性（多属高频狭带通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。由于铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3单晶体（Kp ≥90%, d33≥900×10-3C/N, ε≥20,000）性能特异，国内外上都开始这种材料的研究，但由于其居里点太低，离使用化尚有一段距离。 有机压电材料 又称压电聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）（薄膜）及以它为代表的其他有机压电（薄膜）材料。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，水声超声测量，压力感测，引燃引爆等方面获得套用。不足之处是压电应变常数（d）偏低，使之作为有源发射换能器受到很大的限制。第三类是复合压电材料，这类材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的套用。如果它制成水声换能器，不仅具有高的静水压回响速率，而且耐冲击，不易受损且可用与不同的深度。 换能器 材料套用 压电材料的套用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器套用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它感测器和驱动器套用。 换能器 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聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应，而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动，利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。对压电聚合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点，研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件，如抗噪声电话、宽频超声信号发射系统等。 压电聚合物水声换能器研究初期均瞄准军事套用，如用于水下探测的大面积感测器阵列和监视系统等，随后套用领域逐渐拓展到地球物理探测、声波测试设备等方面。为满足特定要求而开发的各种原型水声器件，采用了不同类型和形状的压电聚合物材料，如薄片、薄板、叠片、圆筒和同轴线等，以充分发挥压电聚合物高弹性、低密度、易于制备为大和小不同截面的元件、而且声阻抗与水数量级相同等特点，最后一个特点使得由压电聚合物制备的水听器可以放置在被测声场中，感知声场内的声压，且不致由于其自身存在使被测声场受到扰动。而聚合物的高弹性则可减小水听器件内的瞬态振荡，从而进一步增强压电聚合物水听器的性能。 超音波感测器 压电聚合物换能器在生物医学感测器领域，尤其是超声成像中，获得了最为成功的套用、PVDF薄膜优异的柔韧性和成型性，使其易于套用到许多感测器产品中。 驱动器 压电驱动器利用逆压电效应，将电能转变为机械能或机械运动，聚合物驱动器主要以聚合物双晶片作为基础，包括利用横向效应和纵向效应两种方式，基于聚合物双晶片开展的驱动器套用研究包括显示器件控制、微位移产生系统等。要使这些创造性构想获得实际套用，还需要进行大量研究。电子束辐照P（VDF-TrFE）共聚合物使该材料具备了产生大伸缩应变的能力，从而为研制新型聚合物驱动器创造了有利条件。在潜在国防套用前景的推动下，利用辐照改性共聚物制备全高分子材料水声发射装置的研究，在美国军方的大力支持下正在系统地进行之中。除此之外，利用辐照改性共聚物的优异特性，研究开发其在医学超声、减振降噪等领域套用，还需要进行大量的探索。 感测器 1.压电式压力感测器 压电式压力感测器是利用压电材料所具有的压电效应所制成的。压电式压力感测器的基本结构如右图所示。由于压电材料的电荷量是一定的，所以在连线时要特别注意，避免漏电。压电式压力感测器的优点是具有自生信号，输出信号大，较高的频率回响，体积小，结构坚固。其缺点是只能用于动能测量。需要特殊电缆，在受到突然振动或过大压力时，自我恢复较慢。 2.压电式加速度感测器 压电元件一般由两块压电晶片组成。在压电晶片的两个表面上镀有电极，并引出引线。在压电晶片上放置一个质量块，质量块一般采用比较大的金属钨或高比重的合金制成。然后用一硬弹簧或螺栓，螺帽对质量块预载入荷，整个组件装在一个原基座的金属壳体中。为了隔离试件的任何应变传送到压电元件上去，避免产生假信号输出，所以一般要加厚基座或选用由刚度较大的材料来制造，壳体和基座的重量差不多占感测器重量的一半。 测量时，将感测器基座与试件刚性地固定在一起。当感测器受振动力作用时，由于基座和质量块的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小。因此质量块经受到与基座相同的运动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样，质量块就有一正比于加速度的应变力作用在压电晶片上。由于压电晶片具有压电效应，因此在它的两个表面上就产生交变电荷（电压），当加速度频率远低于感测器的固有频率时，感测器给输出电压与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比，输出电量由感测器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量仪器测试出试件的加速度；如果在放大器中加进适当的积分电路，就可以测试试件的振动速度或位移。 机器人 机器人安装接近觉感测器主要目的有以下三个：其一，在接触对象物体之前，获得必要的信息，为下一步运动做好准备工作；其二，探测机器人手和足的运动空间中有无障碍物。如发现有障碍，则及时采取一定措施，避免发生碰撞；其三，为获取对象物体表面形状的大致信息。 超音波是人耳听见的一种机械波，频率在20KHZ以上。人耳能听到的声音，振动频率范围只是20HZ－20000HZ。超音波因其波长较短、绕射小，而能成为声波射线并定向传播，机器人采用超声感测器的目的是用来探测周围物体的存在与测量物体的距离。一般用来探测周围环境中较大的物体，不能测量距离小于30mm的物体。 超声感测器包括超声发射器、超声接受器、定时电路和控制电路四个主要部分。它的工作原理大致是这样的：首先由超声发射器向被测物体方向发射脉冲式的超音波。发射器发出一连串超音波后即自行关闭，停止发射。同时超声接受器开始检测回声信号，定时电路也开始计时。当超音波遇到物体后，就被反射回来。等到超声接受器收到回声信号后，定时电路停止计时。此时定时电路所记录的时间，是从发射超音波开始到收到回声波信号的传播时间。 利用传播时间值，可以换算出被测物体到超声感测器之间的距离。这个换算的公式很简单，即声波传播时间的一半与声波在介质中传播速度的乘积。超声感测器整个工作过程都是在控制电路控制下顺序进行的。 压电材料除了以上用途外还有其它相当广泛的套用。如鉴频器、压电震荡器、变压器、滤波器等。 发展现状 下面介绍几种处于发展中的压电陶瓷材料和几种新的套用。 细晶粒压电陶瓷 以往的压电陶瓷是由几微米至几十微米的多畴晶粒组成的多晶材料，尺寸已不能满足需要了。减小粒径至亚微米级，可以改进材料的加工性，可将基片做地更薄，可提高阵列频率，降低换能器阵列的损耗，提高器件的机械强度，减小多层器件每层的厚度，从而降低驱动电压，这对提高叠层变压器、制动器都是有益的。减小粒径有上述如此多的好处，但同时也带来了降低压电效应的影响。为了克服这种影响，人们更改了传统的掺杂工艺，使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电陶瓷相当的水平。制作细晶粒材料的成本已可与普通陶瓷竞争了。人们用细晶粒压电陶瓷进行了切割研磨研究，并制作出了一些高频换能器、微制动器及薄型蜂鸣器（瓷片20-30um厚），证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳米技术的发展，细晶粒压电陶瓷材料研究和套用开发仍是热点。 PbTiO3系压电陶瓷 PbTiO3系压电陶瓷具最适合制作高频高温压电陶瓷元件。虽然存在PbTiO3陶瓷烧成难、极化难、制作大尺寸产品难的问题，人们还是在改性方面作了大量工作，改善其烧结性。抑制晶粒长大，从而得到各个晶粒细小、各向异性的改性PbTiO3材料。近几年，改良PbTiO3材料报导较多，在金属探伤、高频器件方面得到了广泛套用。该材料的发展和套用开发仍是许多压电陶瓷工作者关心的课题。 压电复合材料 无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能，并能产生两相都没有的特性。因此，可以根据需要，综合二相材料的优点，制作良好性能的换能器和感测器。它的接收灵敏度很高，比普通压电陶瓷更适合于水声换能器。在其它超音波换能器和感测器方面，压电复合材料也有较大优势。国内学者对这个领域也颇感兴趣，做了大量的工艺研究，并在复合材料的结构和性能方面做了一些有益的基础研究工作，正致力于压电复合材料产品的开发。 多元单晶压电体 传统的压电陶瓷较其它类型的压电材料压电效应要强，从而得到了广泛套用。但作为大应变，高能换能材料，传统压电陶瓷的压电效应仍不能满足要求。于是近几年来，人们为了研究出具有更优异压电性的新压电材料，做了大量工作，现已发现并研制出了Pb(A1/3B2/3)PbTiO3单晶（A=Zn2+,Mg2+）。这类单晶的d33最高可达2600pc/N(压电陶瓷d33最大为850pc/N),k33可高达0.95（压电陶瓷K33最高达0.8），其应变>1.7%，几乎比压电陶瓷应变高一个数量级。储能密度高达130J/kg，而压电陶瓷储能密度在10J/kg以内。铁电压电学者们称这类材料的出现是压电材料发展的又一次飞跃。美国、日本、俄罗斯和中国已开始进行这类材料的生产工艺研究，它的批量生产的成功必将带来压电材料套用的飞速发展。 材料参数压电系数d33

压电系数是压电体把机械能转变成电能或把电能转变成机械能的转变系数，反应压电材料弹性性能与介电性能之间的耦合关系

自由介电常数εT33（free permittivity）

电介质在应变为零（或常数）时的介电常数，其单位为法拉/米。

相对介电常数εTr3（relative permittivity）

介电常数εT33与真空介电常数ε0之比值，εTr3=εT33/ε0，它是一个无因次的物理量。

介质损耗（dielectric loss）

电介质在电场作用下，由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。

损耗角正切tgδ（tangent of loss angle）

理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前90 0，但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗，电流超前的相位角ψ小于900，它的余角δ（δ+ψ=900）称为损耗角，它是一个无因次的物理量，人们通常用损耗角正切tgδ来表示介质损耗的大小，它表示了电介质的有功功率（损失功率）P与无功功率Q之比。即： 电学品质因数Qe（electrical quality factor）

电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数，用Qe表示，它是一个无因次的物理量。若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样，则 Qe=1/ tgδ=ωCR

机械品质因数Qm（mechanical quanlity factor）

压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数。它与振子参数的关系式为：

泊松比（poissons ratio）

泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比，是一个无因次的物理量，用δ表示： δ= - S 12 /S11

串联谐振频率fs（series resonance frequency）

压电振子等效电路中串联支路的谐振频率称为串联谐振频率，用f s 表示，即

并联谐振频率fp（parallel resonance frequency）

压电振子等效电路中并联支路的谐振频率称为并联谐振频率，用f p 表示，即f p = 谐振频率fr（resonance frequency）

使压电振子的电纳为零的一对频率中较低的一个频率称为谐振频率，用f r 表示。

反谐振频率fa（antiresonance frequency）

使压电振子的电纳为零的一对频率中较高的一个频率称为反谐振频率，用f a 表示。

最大导纳频率fm（maximum admittance frequency）

压电振子导纳最大时的频率称为最大导纳频率，这时振子的阻抗最小，故又称为最小阻抗频率，用f m表示。

最小导纳频率fn（minimum admittance frequency）

压电振子导纳最小时的频率称为最小导纳频率，这时振子的阻抗最大，故又称为最大阻抗频率，用f n表示。

基频（fundamental frequency）

给定的一种振动模式中最低的谐振频率称为基音频率，通常成为基频。

泛音频率（fundamental frequency）

给定的一种振动模式中基频以外的谐振频率称为泛音频率。

温度稳定性（temperature stability）

温度稳定性系指压电陶瓷的性能随温度而变化的特性。

在某一温度下，温度变化1℃时，某频率的数值变化与该温度下频率的数值之比，称为频率的温度系数TKf。

另外，通常还用最大相对漂移来表征某一参数的温度稳定性。

正温最大相对频移=△f s (正温最大)/ f s(25℃)

负温最大相对频移=△f s (负温最大)/ f s(25℃)

机电耦合系数（ELECTRO MECHANICAL COUPLING COEFFICIENT）

机电耦合系数K是弹性一介电相互作用能量密度平方V122与贮存的弹性能密度V1与介电能密度V2乘积之比的平方根。

压电陶瓷常用以下五个基本耦合系数

A、平面机电耦合系数KP（反映薄圆片沿厚度方向极化和电激励，作径向伸缩振动时机电耦合效应的参数。）

B、横向机电耦合系数K31（反映细长条沿厚度方向极化和电激励，作长度伸缩振动的机电耦合效应的参数。）

C、纵向机电耦合系数K33（反映细棒沿长度方向极化和电激励，作长度伸缩振动的机电耦合效应的参数。）

D、厚度伸缩机电耦合系数KT（反映薄片沿厚度方向极化和电激励，作厚度方向伸缩振动的机电效应的参数。）

E、厚度切变机电耦合系数K15（反映矩形板沿长度方向极化，激励电场的方向垂直于极化方向，作厚度切变振动时机电耦合效应的参数。）

压电应变常数D（PIEZOELECTRIC STRAIN CONSTANT）

压电应变常数是在应力T和电场分量EM(M≠I)都为常数的条件下，电场分量E变化所引起的应变分量SI的变化与EI变化之比。

压电电压常数G(PIEZOELECTRIC VOLTAGE CONSTANT)

该常数是在电位移D和应力分量TN（N≠I）都为常数的条件下，应力分量TI的变化所引起的电场强度分量EI的变化与TI的变化之比。

居里温度TC(CURIE TEMPERATURE)

压电陶瓷只在某一温度范围内具有压电效应，它有一临界温度TC，当温度高于TC时，压电陶瓷发生结构相转变，这个临界温度TC称为居里温度。

温度稳定性(TEMPERATURE STABILITY)

指压电陶瓷的性能随着温度变化的特性，一般描述温度稳定性有温度系数或最大相对漂移二种方法。

十倍时间老化率(AGEING RATE PER DECADE) Y表示某一参数

频率常数(FREQUENCY CONSTANT)

对于径向和横向长度伸缩振动模式，其频率常数为串联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（直径或长度）的乘积。对于纵向长度厚度和伸缩切变振动模式，其频率常数为并联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（长度或厚度）的乘积，其单位：HZ.M

压电陶瓷的介电性是反映陶瓷材料对外电场的响应程度，通常用介电常数ε0来表示。在外电场不太大时, 电介质对电场的响应可用线性关系： 表示,P为极化强度, ε0为真空介电常数,为电极化率,E为外加电场。不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。例如, 压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大, 而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。

压电陶瓷的弹性系数是反映陶瓷的形变与作用力之间关系的参数。压电陶瓷材料同其它弹性体一样,遵循胡克定律: Xmn=cmnpqxmnpq, 式中cmnpq叫做弹性体的弹性硬度常数, X 为应力,x为应变。对于压电体,由于存在压电性,弹性系数的数值与电学边界条件有关。 压电陶瓷最大的特性是具有压电性, 包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化, 从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下, 其电荷密度与外力成正比, 遵循公式：

其中,δ为面电荷密度, d为压电应变常数,T为伸缩应力。反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心发生相对位移而被极化, 由此位移导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。当电场不是很强时形变与外电场呈线性关系, 遵循公式：

dt为逆压电应变常数, 即d的转置矩阵, E为外加电场, x为应变。压电效应的强弱反映了晶体的弹性性能与介电性能之间的耦合程度,用机电耦合系数K表示, 遵循公式:

其中u12为压电能, u1为弹性能, u2为介电能。 经过极化了的压电陶瓷片的两端会出现束缚电荷, 所以在电极表面上吸附了一层来自外界的自由电荷。当给陶瓷片施加一外界压力F时，片的两端会出现放电现象。相反加以拉力会出现充电现象。这种机械效应转变成电效应的现象属于正压电效应。

另外, 压电陶瓷具有自发极化的性质, 而自发极化可以在外电场的作用下发生转变。因此当给具有压电性的电介质加上外电场时会发生如图所示的变化, 压电陶瓷会有变形。然而, 压电陶瓷之所以会有变形, 是因为当加上与自发极化相同的外电场时, 相当于增强了极化强度。极化强度的增大使压电陶瓷片沿极化方向伸长。相反, 如果加反向电场,则陶瓷片沿极化方向缩短。这种由于电效应转变成机械效应的现象是逆压电效应。 压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作压电地震仪，能精确地测出地震强度，指示出地震的方位和距离。这不能不说是压电陶瓷的一大奇功。

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，对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大福音。

谐振器、滤波器等频率控制装置，是决定通信设备性能的关键器件，压电陶瓷在这方面具有明显的优越性。它频率稳定性好，精度高及适用频率范围宽，而且体积小、不吸潮、寿命长，特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性，使以往的电磁设备无法望其项背而面临着被替代的命运。

你好：

——★1、压电陶瓷属于电容性负载，集振荡与发声为一体的器件。它的基板是金属铜片，厚度会影响陶瓷片振动的强度：【薄一点输出功率要相对大一点】。

——★2、压电陶瓷片的厚度，对电压没有影响，但对陶瓷片的电容有影响：越厚、电容越小。  另外，根据金属片的振动特点看，【直径越大，振幅就越大，输出功率相对较大】。