壓電換能器的工作原理和應(yīng)用

在日常生活中，可能會遇到很難測量的物理量，例如施加在金屬上的機(jī)械應(yīng)力、溫度、壓力水平等……對于所有這些應(yīng)用，需要一種能夠以我們熟悉的單位和校準(zhǔn)來測量這些未知量的設(shè)備，而比較常用的設(shè)備是換能器。

換能器是一種電氣設(shè)備，可以將任何類型的物理量以成比例的電量形式轉(zhuǎn)換為電壓或電流。按照使用材電磁特性來劃分，換能器主要有磁致伸縮和壓電晶體兩大類。在本文中，小編簡單介紹下壓電換能器的相關(guān)知識。

基本概念

壓電換能器是一種電換能器，它可以將任何形式的物理量轉(zhuǎn)換成電信號，以便用于測量。簡單來說，利用壓電材料的特性將物理量轉(zhuǎn)換為電信號的電換能器稱為壓電換能器。

壓電材料表現(xiàn)出壓電特性，根據(jù)該特性，在施加任何類型的機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變時(shí)，都會產(chǎn)生與所施加應(yīng)力成比例的電壓?？梢允褂秒妷簻y量儀器測量產(chǎn)生的電壓，以計(jì)算施加到材料上的應(yīng)力或應(yīng)變值。

壓電材料的類型

一些類型的壓電材料是：

天然存在的：石英、羅謝爾鹽、黃玉、電氣石族礦物質(zhì)，以及一些有機(jī)物質(zhì)，如絲綢、木材、牙釉質(zhì)、骨頭、頭發(fā)、橡膠、牙本質(zhì)。

人工制造的：聚偏二氟乙烯、PVDF或PVF2、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛（PZT）、鈮酸鉀、鈮酸鋰、鉭酸鋰等無鉛壓電陶瓷。

當(dāng)然，并非所有的壓電材料都可用于壓電換能器，用作換能器的壓電材料必須滿足某些要求。例如，用于測量目的的材料應(yīng)具有頻率穩(wěn)定性、高輸出值、對極端溫度和濕度條件不敏感，并且可以提供各種形狀，或者應(yīng)該靈活地制造成各種形狀而不影響其性能。

不幸的是，沒有一種壓電材料具有所有這些特性。石英是一種高度穩(wěn)定的晶體，天然存在，但輸出量小，可以用石英測量緩慢變化的參數(shù)。羅謝爾鹽的輸出值最高，但它對環(huán)境條件很敏感，不能在115°F（46°C）以上溫度運(yùn)行。

工作原理

壓電換能器利用壓電原理工作。壓電材料（通常是石英）的表面涂有一層薄薄的導(dǎo)電材料，例如銀。當(dāng)施加應(yīng)力時(shí)，材料中的離子會移向其中一個(gè)導(dǎo)電表面，同時(shí)遠(yuǎn)離另一個(gè)導(dǎo)電表面，這導(dǎo)致電荷的產(chǎn)生,此電荷用于校準(zhǔn)應(yīng)力。產(chǎn)生的電荷的極性取決于施加應(yīng)力的方向。應(yīng)力可以以壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力兩種形式施加。

主要應(yīng)用

由于壓電材料無法測量靜態(tài)值，因此壓電換能器主要用于測量表面粗糙度、加速度計(jì)和振動拾音器。

在應(yīng)變儀中測量力、應(yīng)力、振動等。

汽車行業(yè)使用它來測量發(fā)動機(jī)的爆震。

還可用于醫(yī)療應(yīng)用中的超聲成像。

圖：ATA-309B功率放大器指標(biāo)參數(shù)

在電子實(shí)驗(yàn)中，驅(qū)動壓電換能器的時(shí)候常常會用到功率放大器，能夠?qū)?a target="_blank">信號放大到需要的大電壓。如果對于壓電換能器如何選擇功率放大器還不清楚，歡迎隨時(shí)咨詢安泰電子。

審核編輯：湯梓紅