压电式传感器原理及结构图

传感器

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压电式传感器原理及结构图

石英晶体
说明:
石英的压电效应
石英的压电效应解释

石英的压电效应解释

石英的化学式为SiO2,在一个晶体单元中,有三个硅离子 和六个氧离子 ,后者是成对的,所以一个硅离子和两个氧离子交替排列。当没有力作用时, 在垂直于晶体Z轴的XY平面上的投影恰好等效为正六边形排列,如图a示。这时正负离子正好分布在正六边形的顶角上,呈现电中性。如果沿X方向压缩,如图b所示,则硅离子1被挤入氧离子2和6之间,而氧离子4被挤入硅离子3和5之间,结果表面A上呈现负电荷,而在表面B上呈现正电荷。这一现象称为纵向压电效应。若沿Y方向压缩,如图c所示,硅离子3和氧离子2,以及硅离子5和氧离子6都向内移动同样的数值,故在电极C和D上不呈现电荷,而在表面A和B上,即在X轴的端面上又呈现电荷,但与图b的极性正好相反,这时称为横向压电效应。从研究的模型同样可以看出:如果是使其伸长而不是压缩时,则电荷的极性正好相反。总之,石英等单晶体材料是各向异性的物体,在X或Y轴向施力时,在与X轴垂直的面上产生电荷,电场方向与X轴平行,在Z轴方向施力时,不能产生压电效应。

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