分析压电陶瓷换能器的工作原理

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

只有他们的介质都是陶瓷片，这个是共通的，外形也基本相同，两个极板夹着中间陶瓷介质。

压电特性是压电陶瓷片机械能转换成电压的能力，转换效率越高，输出电压越高。

介电性能，是个陶瓷的常数参数，是指压电陶瓷片作为电容器，电容量的能力

有这样的装置，下面是专利号码和介绍：申请号/专利号： 200710070180本发明提供的采用压电陶瓷发电的装置，有压电陶瓷和与压电陶瓷电极连接的电能转换和储存电路，且有两片以上压电陶瓷堆砌在一起组成发电单元的芯件，发电单元芯件外包裹弹性材料构成发电单元，发电单元的形状为细长或扁长，发电单元一端有连接各压电陶瓷极点的电极，另一端为受力装置用以接受外界的作用力，另有一基板，发电单元安装在基板上，基板内有连接各发电单元电极的电能转换和储存电路的导体。其中发电单元受到外力作用时产生弯曲或扭曲变形，使压电陶瓷相互之间产生挤压产电，因为本发明没有任何转动或运动机构，不存在磨损等因运动而造成损坏的可能，且制造成本较低。

伍萌佳

在茫茫大海中探测到古代沉船的精确位置，你可知道探测人员的“千里眼”、“顺风耳”是什么？将按钮轻轻一按，煤气灶燃起蓝色的火焰，你可知道是什么实现了这种便利？隐身飞机飞到敌人雷达的眼皮底下也难以被发现，你知道它使用了什么“障目法”？

以上各种各样的有趣现象、神奇功能，都离不开陶瓷大家族中一位活力四射的成员－－压电陶瓷，它可以实现“机械能”与“电能”相互转换的功能，且具有能量转换（或信号转换）灵敏、精确、频率稳定性好、转换效率高等特点。

压电陶瓷的这种奇特的能量转换（或信号转换）功能有着非常广泛的实用价值，涉及到许多先进技术和军事技术，并与人类的日常生活密切相关。

⑴ 用作压电点火器的发火元件 采用大约黄豆大小的二粒锆钛酸铅压电陶瓷，依靠人手指按压的力量，便可产生大约数千伏以上的高电压，并使相距几毫米的电极之间的空气放电击穿，从而达到引燃的目的。此功能用于电子打火机、燃气灶、导弹引爆器中的点火器的发火元件。由于压电陶瓷具有陶瓷的基本性能，即强度高、硬度大、耐磨损、抗氧化，故用压电陶瓷制作的火石在电子打火机和燃气灶的点火器中使用寿命长，打火次数可达100万次以上。也由于压电陶瓷能量转换灵敏精确且转换效率高，故用在导弹引爆装置中作为点火器元件，其引爆准确率相当高而几乎无失误。

⑵ 用作电话手机的信号转换器元件 压电陶瓷在电声信号转换中，无论是受机械振动波的作用还是受到交变电场的影响，均会产生机械形变，其形变量尽管很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，别小看这微小的变化，它即能够灵敏而精确地实现声波和电频信号的可逆转化，在现代化通信工具中充当着关键性角色。如当手机中的压电陶瓷传感元件接受声波振动冲击时，会通过正压电效应将声音转换成电频信号经调制成微波信号后向外部发射；同时，从外部接受来的微波信号经解调成电频信号后，会通过压电陶瓷传感元件的电致伸缩效应将其转换成机械振动波，以实现通话。由于压电陶瓷信号转换具有极高的灵敏度和精确度，频率稳定性好而适用频率范围宽，特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性。故传话几乎不失真。

⑶ 用作传感探测器的传感元件 压电陶瓷传感性能（即信号转换性能）非常灵敏而精确，可将极微弱的机械振动波（例如在数十米～数百米以外的小昆虫拍打翅膀产生的振动波）和超声波（例如从数百米～数千米以外发射或反射回的超声振动）通过其正压电效应转换成电信号而在示波仪或声纳探测仪等电子仪表上显示出来。这种灵敏而高效的传感元件，可装在地震仪、声纳换能器等精密仪器上精确遥测目标的方位、距离、大小及振动的强度。例如：用压电陶瓷制作的“压电地震仪”，能精确地测出地震强度，地震的方位和距离。

自从有了飞机，人们就开始了研制对付它的雷达。雷达是现代国防的眼睛，利用它可以及时地发现敌人的飞机和导弹，以能及时采取防御措施。但潜艇的发明，给科学家出了一道难题。它藏在海水深处神出鬼没，雷达对它也无能为力。因为雷达发射的电磁波很快就会被海水吸收，无法用它来探测水下的潜艇。在这种情况下，科学家发明了“声纳探测器”。声纳是海洋中的“千里眼”和“顺风耳”。有了它不仅可探测深海潜艇和远方的轮船，而且还可用来探测海洋中的鱼群、沉船、冰山及水下资源。

对压电陶瓷形形色色的应用事例，我们无法一一列举，只能“管中窥豹”。

可以说，压电陶瓷虽然是新材料，但也颇具平民性。随着电子技术的迅猛发展，随着当今小型化、高性能，高可靠性以及低成本的要求，压电陶瓷的范围正在不断发展扩大，并将有更多新材料问世，为人类的生产、生活创造更美好的未来。