如何分辨压电陶瓷极性

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。

将压电陶瓷片的两极引出两根导线，然后把陶瓷片平放到桌子上，将两根引线分别接至万用表两表笔上，把万用表拨至最小电流挡，然后用铅笔橡皮头轻按陶瓷片(也可以用其它绝缘工具)，看万用表指针的摆动方向，如向右摆，说明与红表笔接触的是正极，向左摆说明与黑表笔接触的是正极。

1941年12月，太平洋战争爆发。美国人的潜艇仿佛长了眼睛似的，穿过了日本人设置的层层水雷封锁线，神不知鬼不觉地钻进日本海，向日本舰船发起突然袭击，使日本海军损失惨重；与此同时，日本的潜艇一钻进美国的军港或海岸边，不知怎的，就遭到美国军舰或飞机的攻击。
“这是怎么回事呢”日本海军官员百思不得其解，“难道美国人使用了什么秘密武器”的确，美国人使用了一种“秘密武器”——声纳。
声纳是一种利用声波在水下测定目标距离和运动速度的仪器。美国人在潜艇上装了类似声纳的“探雷器”，因此对于日本人设置的水雷封锁线及舰船的所在位置一目了然；美国人还在军港和海岸的航道口装上了声纳，这样，海里的任何动静都逃不过美国人的“耳目”。
声纳诞生于第二次世界大战。它的发明，凝聚着几代科学家的心血。早在1490年，意大利著名美术家、科学家达·芬奇就注意到了声音在水中的传播。有一次，他来到海边写生。完成一幅画后，好奇的达·芬奇忽然产生了一个念头：水里面到底有没有什么声音于是，他取来一根管子，将管子的一端插到水里，管子的另一端放在耳朵旁。结果听到了“咕噜咕噜”的声音。经过仔细的辨认，他发现这是远方的船航行时螺旋桨击水放出的声响。达·芬奇的这根管子可以算是声纳最古老的祖先了。
3个多世纪后，瑞士物理学家柯拉顿和德国数学家斯特模，对声音在水中的传播进行了深入的探讨。在这以后，许多科学家也进行这方面的研究。经过反复实验，他们比较精确地测出声音在水中的传播速度为5500公里每小时，比在空气中的传播快4倍。此外，科学家们还发现，声音在水中传播，遇到海洋中的物体或海底时，声音会被反射回来，此时也被“吞掉”一些声波。不同频率的声波，在水中被吸收和反射的程度也不相同。超声波能量集中，可朝一个方向传播，反射回来的声波比较强烈。
这个时期，正值潜水艇在海里称王称霸的时期。人们对于潜水艇的神出鬼没正感到束手无策。自然而然地，科学家们想到：利用超声波在水中的传播特性，不就可以测出潜艇所在的方位、距离了吗
可是，要实现超声波在水中的发射和接收谈何容易!一时研制潜水艇“克星”的工作搁浅了！1880年，英国科学家彼埃尔、居里等成功地制造出换能器，实现了电、声信号的转换。这样，通过换能器，可将电波变成声波，并向海里发射；声波遇到物体后，又反射回来，换能器接收到声波，并把它变成电波，显示出来。根据超声波发出到接收所需的时间，就可以测出发射地点与物体之间的距离。
就这样，世界上第一代声纳诞生了。后来，科学家在第一代声纳的基础上，做了许多改进，发明了“主动式声纳”和“被动式声纳”两大类。
主动式声纳，主动发出声信号，去寻找水下目标，根据声波的反射情况做出判断；被动式声纳，收听水中目标发出的噪音，从而测出目标所在的方位、距离。然而，这两类声纳在使用过程中，也暴露出一些缺陷：主动式声纳发出的声波容易被水中的潜水艇发现；被动式声纳对于不发声的目标无能为力。
科学家们决心对声纳做进一步的改进。他们从海脉的身上得到了启迪。 本世纪60年代，生物学家诺里斯发现，用橡皮蒙住海脉双眼，丝毫不影响它的活动；可把海脉前额蒙住，它在水下就像瞎子一样，到处乱撞。显然，海脉是用前额发出声波来行动的。
经过进一步研究，科学家发现海脉有两架“声波发射机”：当它“观察”远距离目标时，它就发射低声，以实现远距离传播；当它“观察”近距离目标时，它就改发超声，以提高分辨率。它也有两架“声波接收机”。海脉的声纳竟是如此先进，如此完美!科学家“虚心”向海脉学习，以海脉的声纳为发明的奋斗目标。
不久，美国科学家发明了军用高级声纳。它是一种多波束回声探测仪，采用两套相同的水听器发射阵。它的性能要比先前的声纳出色得多。
科学家还从海琢声纳外的特制导流罩抗水流噪音的性能，得到启发，研制出“声纳导流罩”。有了它，军舰可不必像以前那样需要静止下来时才使用声纳，即使在高速前进，也可以便用声纳，而不受自身噪音的干扰。
海豚 ，领着科学家走上声纳发明的最高境界。