电极
电极
基本知识介绍
压电效应
正压电效应：外界应力作用下（机械能），表面产生电荷（电能）

逆压电效应：外加电场作用下（电能），一定方向产生机械形变或机械压力
电能
正压电效应
逆压电效应
电能
机械能
－－－－－－
机械能
F －－－－－ － ＋＋＋＋＋
机械能
电能
＋＋＋＋＋＋
极化方向
Ｅ
极化方向 －－－－－ ＋＋＋＋＋ ＋
U 型刚体
压电微制动器
滑块
音圈电机
HSA PZT 结构示意图
悬臂刚性区
PZT 元件 环氧胶
PZT 元件 环氧胶
U 型刚体
HSA PZT 结构切片示意图
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
PZT 不良背景介绍
Th料
有机高分子 压电材料

参数
压电常数 弹性常数（刚度） 介电常数 机电耦合系数 电阻 居里点 压电效应强弱：灵敏度 固有频率、动态特性 固有电容、频率下限 机电转换效率 泄漏电荷、改善低频特性 丧失压电性的温度
基本知识介绍
压电材料
PZT 压电陶瓷 （锆钛酸铅陶瓷）---压电效应
用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成。一般采用双模结构（压电陶瓷片+金属振动片）
基本知识介绍
等效电路
静电发生器或绝缘介质平板电容器：外部机械硬力作用下，电极两端产生极性相 反电量相等的电荷
机械应力 F
电极
电极
+++++
_____
等效
＋＋＋＋ Q ――――
压电晶体
静电发生器
Q Ca
压电传感器
形变时电极会 产生异性等量 电荷
电容器
Ua
Ca
Q Ua Ca
电压等效模型
Q Ca
正压电效应：F（应力或形变）输入--->Q\U （电量或电压） 逆压电效应： Q\U （电量或电压）输入--->F（应力或形变）输出
压力输入F
电压输出
形变输出
电压输入
压电介质
压电介质
应力输入电压输出正压电效应
电压输入形变输出产生逆压电效应
正压电效应：Q =d33 *F d33 为压电参数 ：压电材料把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它为反映力学 量 (应力或应变)与电学量(电位移或电场)间相互耦合的线性响应系数 测量仪器： ZJ-3AN型准静态d33测量仪
PZT 压电陶瓷介绍和测试方法
Prepared by : Wenjie Zhuang
主要内容
基本知识介绍
压电材料 压电效应 压电式传感器工作原理、技术参数及等效模型
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
组成架构及工作原理
PZT 不良背景介绍
测试方法推荐
基本知识介绍
压电材料
正压电效应
形变前的状况 形变后的状况
－－－－－－ ＋＋＋＋＋＋
逆压电效应
电 场 方 向
基本知识介绍
压电传感器工作原理
是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现 非电量测量
受力、表面形变
压电器件
电荷

表现形式
基本知识介绍
等效模型
正压电效应和逆压电效应等效模型如下：
Q Ua Ca
电荷等效模型
F
压电常数 d
Q=U*C
HSA PZT 压电陶瓷应用介绍
HSA （磁头悬臂装置）结构及功能介绍
PZT元件作用是利用其高压电常数特性，使读写磁头发生水平位移，从而使HSA 水平旋转和 精确寻轨
交变电压
U 型刚体 电荷变化
PZT 元件
位移变化
精确寻轨
HSA
悬臂弹性区
定义
在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料
类别
类 别
石英晶体 压电陶瓷
材 料
单晶体、水晶 （人造、天然） 人造多晶体 压电半导体
成 分
SiO2 钛酸钡、PZT 钡、铌酸盐系 压电特性 半导体特性
特 性
d11=2.31×10-12C/N， 压电系数稳定，固有频率稳定 承受压力700-1000Kg/cm2 压电系数高 d33=190×10-11C/N 品种多、性能各异 集成压电传感器 质轻柔软、抗拉强度高、 机电耦合系数高
P-->“Pb”（铅元素），Z-->“Zr” （锆元素），T-->“Ti” （钛元素） 特点
– 具有显著的介电、压电和铁电特性 – PZT铁电厚膜兼有块状材料和薄膜的优点，可在低压和高频条件工作
– 压电厚膜微致动器作为磁记录行业的首选材料，被用来解决硬盘驱动器磁头精确定位的难题
应用范围：机械能电能相互转换类传感器