大多數(shù)現(xiàn)代設(shè)備使用壓電作為其印刷電路板 (PCB) 的一個(gè)組成部分。例如，您的石英表需要壓電來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間。此外，麥克風(fēng)甚至您心愛(ài)的 Siri 也需要它來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別。但是壓電是如何工作的呢？所有壓電材料都具有獨(dú)特的特性。這些特性使它們能夠與大多數(shù)現(xiàn)代技術(shù)無(wú)縫集成，以提供完美的融合。在本文中，我們將為您提供有關(guān)壓電如何在日常使用中發(fā)揮作用的完整指南。

壓電是如何工作的

壓電力學(xué)插圖。 

壓電是由兩位法國(guó)科學(xué)家的兄弟雅克和皮埃爾·居里創(chuàng)造的術(shù)語(yǔ)。在發(fā)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)石英（或某些晶體）施加壓力會(huì)產(chǎn)生電荷后。

Piezo 來(lái)自希臘語(yǔ)“ piece in ”，意思是擠壓或按壓。因此，壓電意味著“擠壓電”。即壓兩個(gè)晶體產(chǎn)生電能。壓電晶體有助于將機(jī)械（聲能）轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備可以解釋的電信號(hào)。 

該技術(shù)目前正在快速發(fā)展中。許多公司目前正在使用這種現(xiàn)象作為更先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)。例如，新型陶瓷音頻音調(diào)換能器是壓電技術(shù)的結(jié)晶。 

什么是壓電效應(yīng)？

壓電效應(yīng)圖示。  

壓電效應(yīng)是將兩種特定材料擠壓在一起以產(chǎn)生電流的能力。對(duì)這些材料施加機(jī)械應(yīng)力有助于在材料上產(chǎn)生交替的負(fù)電荷和正電荷，從而產(chǎn)生活躍的電場(chǎng)。 

然而，這種獨(dú)特的壓電特性也是可逆的。呈現(xiàn)直接壓電效應(yīng)的材料也可以呈現(xiàn)逆壓電效應(yīng)。 

逆壓電效應(yīng)在許多涉及聲音的產(chǎn)生、檢測(cè)和分配的領(lǐng)域中都有幫助。此外，它還包括微量天平、點(diǎn)火源力學(xué)、電子頻率生成、高壓產(chǎn)生等。

直接壓電效應(yīng)

壓電和逆壓電的圖示。

如前所述，擠壓壓電晶體會(huì)產(chǎn)生壓電性。 

在插圖中，當(dāng)您在兩個(gè)金屬板之間放置非導(dǎo)電壓電材料并將它們擠壓或壓縮在一起時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生電流。金屬板充當(dāng)該電流的發(fā)射器。 

產(chǎn)生的電流會(huì)產(chǎn)生電流——稱為壓電效應(yīng)。

逆壓電效應(yīng)

當(dāng)您施加直流電壓使壓電材料膨脹或收縮時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反向壓電。因此，這會(huì)產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)——將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

利用這種方法有助于制造產(chǎn)生聲學(xué)聲音的設(shè)備，例如壓電揚(yáng)聲器和壓電麥克風(fēng)。這種壓電設(shè)備非常實(shí)用，因?yàn)樗鼈兒鼙。梢园惭b到各種小家電中。同樣，同樣的原理也適用于聲納換能器和醫(yī)學(xué)超聲波等設(shè)備。

壓電材料

各種天然和人造材料都表現(xiàn)出壓電效應(yīng)。當(dāng)您施加壓力（機(jī)械應(yīng)力）并施加高壓變形時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生電。 

通常，這些材料是不導(dǎo)電的。這是壓電效應(yīng)發(fā)生的唯一途徑。 

壓電材料主要分為兩大類： 

• 壓電晶體

• 壓電陶瓷

天然壓電材料的例子是柏林石、石英、羅謝爾鹽、電氣石等。人造壓電材料的例子包括鋯鈦酸鉛 (PZT)、鈦酸鋇、蔗糖和鈮酸鋰。 

與生物材料相比，人造材料更有效，材料利用率更高。例如，當(dāng)您施加相同的壓力時(shí)，鋯鈦酸鉛會(huì)產(chǎn)生比石英更高的電壓，當(dāng)您對(duì)這兩種材料施加高壓電流時(shí)也是如此。

壓電材料

應(yīng)用

燃?xì)庠钊紵魃系膲弘娀鸹òl(fā)生器燃燒器

今天，壓電換能器和傳感器應(yīng)用無(wú)處不在。今天市場(chǎng)上的每個(gè)設(shè)備中可能都有一些壓電材料。

以東京的地鐵為例。它使用該原理作為替代能源。

以下是壓電原理的一些典型日常應(yīng)用。

壓電傳感器 

壓電傳感器將物理尺寸轉(zhuǎn)換為作用在傳感元件兩個(gè)相對(duì)面上的力。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳感器檢測(cè)聲音帶來(lái)的壓力變化。 

它們不需要外部電壓源，并且可以通過(guò)施加的壓力產(chǎn)生結(jié)果。 

壓電傳感器很容易受到影響，因此非常適合用于醫(yī)療成像和工業(yè)機(jī)器監(jiān)控的超聲波換能器等高頻聲音設(shè)備。 

壓電傳感器具有以下主要特點(diǎn)；

• 一、強(qiáng)度高、體積薄

• 二、機(jī)械強(qiáng)度高

• 然后，高穩(wěn)定性和彈性柔順性

• 此外，寬頻率范圍

• 此外，抗沖擊性 

• 最后，高壓輸出

高壓和電源

使用壓電原理的點(diǎn)煙器

這是壓電原理最流行的實(shí)際應(yīng)用。最好的例子是燃?xì)饪炯芎碗妱?dòng)打火機(jī)。此外，您只需按下一個(gè)按鈕，彈簧錘就會(huì)撞擊壓電晶體。然后產(chǎn)生足夠的火花，導(dǎo)致電荷點(diǎn)燃?xì)怏w。 

馬達(dá)

壓電效應(yīng)的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)應(yīng)于高壓應(yīng)用的微小變化 - 使其非常適合定位精度極高的應(yīng)用。

這就是壓電電機(jī)與傳統(tǒng)電磁發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有許多優(yōu)勢(shì)的原因。此外，盡管它們通常更小和更緊湊，但它們提供了更大的力和扭矩。 

此外，電磁場(chǎng)不會(huì)影響壓電器件的性能，這使得它們更適合快速啟動(dòng)和停止。 

壓電執(zhí)行器

壓電執(zhí)行器圖示。 

致動(dòng)器利用逆壓電效應(yīng)為盲文和針織機(jī)等設(shè)備供電。在致動(dòng)器系統(tǒng)內(nèi)部，壓電材料位于金屬板和致動(dòng)器裝置之間。 

向該系統(tǒng)施加高壓電流會(huì)導(dǎo)致壓電材料不時(shí)地膨脹和收縮，從而使執(zhí)行器有節(jié)奏地移動(dòng)。 

這些執(zhí)行器是有益的，尤其是在需要精確定位的設(shè)備中，例如衛(wèi)星中的鏡子。此外，由于其簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和最少的移動(dòng)部件，它們非常適用于小型化設(shè)備，如攝像機(jī)和移動(dòng)電話。 

壓電的優(yōu)缺點(diǎn)

盡管贊不絕口，壓電性也有一些局限性。以下是壓電的一些主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 

壓電發(fā)電機(jī) 

壓電發(fā)電機(jī)（也稱為 PEG）利用壓電傳感器將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，無(wú)需任何物理旋轉(zhuǎn)——通常在傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中找到。因此，壓電發(fā)電機(jī)具有小巧、緊湊且易于管理的尺寸。 

在這一代中，壓電發(fā)電機(jī)是發(fā)電領(lǐng)域非常受歡迎的突破。雖然尚未實(shí)現(xiàn)，但它們有能力將自供電無(wú)線電子設(shè)備的夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 

要實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想，可能還有很長(zhǎng)的路要走；然而，壓電發(fā)電機(jī)已被證明是可靠、穩(wěn)定和高度耐用的電源。專家認(rèn)為，不久之后壓電發(fā)電機(jī)就能取代我們的大部分電力需求。 

壓電發(fā)電機(jī)——優(yōu)點(diǎn)和局限性 

好處

• 第一，尺寸多樣。由于其獨(dú)特的特性，壓電元件具有高度靈活的尺寸和設(shè)計(jì)。它們可以像您需要的那樣扁平，以適合任何微型設(shè)備。 

其次，壓電元件收集原本會(huì)被浪費(fèi)掉的能量。例如，連接到人行天橋的壓電電機(jī)收集來(lái)自步法的振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為電能。這是一種替代能源和減少環(huán)境噪音的方法。 

限制

• 它們的功率輸出有限。壓電發(fā)電機(jī)需要不斷的振動(dòng)才能產(chǎn)生恒定的功率。因此，產(chǎn)生的功率與施加的應(yīng)力成正比。您可以通過(guò)將多個(gè)壓電元件堆疊在一起來(lái)增加輸出。然而，在某一點(diǎn)之后，收益遞減，因?yàn)樗枰蟮膲毫?lái)運(yùn)行系統(tǒng)。 

結(jié)論

那么，壓電是如何工作的呢？綜上所述，壓電材料可以方便地將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。這些材料的獨(dú)特特性使其在許多技術(shù)領(lǐng)域非常有用。尤其是需要精確定位的區(qū)域。 

壓電技術(shù)的應(yīng)用是無(wú)限的，有很多可能性可以探索。潤(rùn)澤五洲PCB等技術(shù)制造商處于將這項(xiàng)技術(shù)集成到日常使用中的前沿。