Пьезоэлектрические датчики. Принцип работы и конструктивные особенности

Пьезоэлектрические преобразователи выполняются из материалов, в которых возможен пьезоэлектрический эффект, который может быть прямым и обратным.

Прямой эффект заключается в возникновении электрических зарядов на гранях пьезоэлектрика при воздействии на него механической силы, вызывающей напряжение в материале. При устранении силы заряды исчезают.

Обратный эффект проявляется в том, что пьезоэлектрик, помещенный в электрическое поле, изменяет свои геометрические размеры. Чаще всего в качестве пьезоэлектрика применяют кварц.

Кристалл кварца

Параллелепипед обладает следующими свойствами.

1. Продольным пьезоэффектом при воздействии силы Fx, направленной вдоль электрической оси X, на гранях bc, перпендикулярных этой оси, появляются электрические заряды.
2. Поперечным пьезоэффектом при воздействии силы Fy, направленной вдоль механической оси Y, заряды появляются также на гранях bc.
3. Отсутствием зарядом при приложении механической силы вдоль оптической оси Z.

Величина зарядов, возникающих на гранях кристаллов bc под действием силы Fx, не зависит от геометрических размеров кристалла и равна:

q = d₁·F_x,

где d₁ - постоянный коэффициент, называемый пьезоэлектрической постоянной.

В качестве пьезоэлектриков наиболее часто применяют сегнетову соль, кварц, титанат бария.