压电传感器基础

压电材料的机械、电和热力学特性

压电效应自约130年前发现时起，吸引了从应用和理论角度大量的研究，其精确的描述需要跨学科的理论知识：晶体学、张量分析、连续介质力学、热力学、非线性现象以及电机特性测量的实验经验和必要的设备。基于压电效应的传感器称为压电传感器，是一种自发电式和机电转换式传感器，其敏感元件由压电材料制成，工作时压电材料受力表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电传感器广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。

本书的目的是介绍压电传感器中压电材料的机械、电荷热力学特性，理解与固态材料机电特性相关的基本现象，概述代表不同种类固体的机电特性以及宏观的描述它们的机电性能其它宏观性质的关系，包括7章和附录。1.压电原理，专门讨论了压电性及其应用；2.晶体结构现象学介绍，简要讲述了压电研究需要的晶体学和张量分析理论；3.晶体弹性，集中讲述晶体线弹性性能的定义和基本性质；4.压电晶体的基本热力学，讲述了压电热力学、耦合场材料系数和线性本构关系的定义；5.压电特性，讲述了四种压电特性以及压电特性相关属性，压电材料的铁电性和热力学模型；6.非线性材料特性，集中对电弹性的非线性现象进行了讲述；7.压电材料，加入1980年最后一本书出版以来出现的许多新材料和他们的特性，提供了当今大多数的应用材料的特性数据表。附录包含机电系数的材料张量统计表以方便读者的应用。

本书讲述了压电传感器的基本物理原理，为材料科学家和物理学家提供了压电传感器基本原理的介绍和设计参考。它从晶体物理现象元素开始让读者对压电现象有一个基本理解，接着在线性和非线性材料常数情况下对弹性和电场量构方程进行了讨论，总结了晶体的铁电现象和a-石英的相移及铁弹性迟滞特性，最后总结了几种重要的压电材料。本书适合于压电效应及传感器的研究人员以及相关专业研究生作为工作参考书。