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圧電材料 ピエゾセラミックス 結晶材料であり、圧力が加えられると両端の間に電圧が発生します。 1880 年、フランスの物理学者 P. キュリーと J. キュリー兄弟は、重い物体を水晶の上に置くと、水晶の一部の表面に電荷が発生し、その電荷の量は圧力に比例することを発見しました。この現象は圧電効果と呼ばれます。その直後、キュリー兄弟は逆圧電効果、つまり外部電場の作用により圧電体が変形することを発見しました。圧電効果のメカニズムは、圧電性を持つ結晶の対称性が低いことです。外力により変形すると、単位格子内の正イオンと負イオンの相対的な変位により、正負の電荷中心が重なり合わなくなり、その結果、結晶に巨視的な分極が生じます。一方、結晶の表面電荷面密度は、分極強度を表面法線方向に投影したものに等しいため、圧力により圧電材料が変形すると、圧電材料の両端に逆符号の電荷が現れます。逆に、圧電材料が電界中で分極されると、電荷中心の変位により材料が変形します。
圧電プレート センサーは、 機械的変形により電界を生成することができ、また電界の作用により機械的変形を生成することもできます。この固有の電気機械結合効果により、圧電材料は工学分野で広く使用されています。たとえば、圧電材料はスマートな構造を作るために使用されています。このような構造は自己支持機能に加えて、自己診断、自己適応、自己修復などの機能も備えており、将来の航空機設計において重要な役割を果たすと考えられます。
圧電材料の技術パラメータ:
圧電係数 d33
圧電係数は の換算係数です。 圧電セラミックス結晶 :機械エネルギーを電気エネルギーに変換するか、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、圧電材料の弾性特性と誘電特性の間の結合関係を反映します。
自由誘電率 ε T33 (自由誘電率)
歪みがゼロ (または一定) における誘電体の誘電率。ファラド/メートルで表されます。
比誘電率 ε Tr3 (比誘電率)
誘電率の比 ε T33 と真空誘電率 ε 0、 ε Tr3 = ε T33 / ε 0 は無次元の物理量です。
誘電損失（誘電損失）
誘電体は、電界の作用下での電気分極緩和プロセスと漏れ伝導によって誘電体で失われるエネルギーです。
損失角正接 tg δ (損失角の正接)
正弦波交流電界の作用下では、理想的な誘電体を流れる電流は電圧位相より 90 度進みますが、圧電セラミックサンプルではエネルギー損失により、電流リードの位相角 ψ は 900 度未満となり、その補角 δ ( δ + ψ =900) は損失角と呼ばれ、無次元の物理量です。通常、誘電損失の大きさを表すために損失正接 tg δを使用します 。これは、誘電体の有効電力 (損失電力) P と無効電力 Q の比を表します。つまり、電気的品質係数 Qe (電気的品質係数)
電気的品質係数の値は、無次元物理量である Qe で表されるサンプルの損失正接値の逆数に等しくなります。並列等価回路を使用して交流電界内の圧電セラミックサンプルを表す場合、Qe=1/tg δ = ω CRとなります。
機械的品質係数 Qm (機械的品質係数)
によって蓄えられる機械的エネルギーの比率 圧電プレート振動子は、機械的品質係数と呼ばれます。 1 サイクルで失われる機械エネルギーに対する共振時のそれとオシレーターのパラメーター間の関係は次のとおりです。 ポアソン比
ポアソン比とは、応力下における固体の横方向の相対収縮と縦方向の相対伸びの比を指し、 δ : δ = - S 12 /S11で表される無次元物理量です。
直列共振周波数 fs (直列共振周波数)
圧電振動子の等価回路における直列枝の共振周波数を直列共振周波数といい、 fs で表されます。
並列共振周波数 fp (並列共振周波数)
圧電振動子の等価回路における並列枝の共振周波数を並列共振周波数といい、fpで表します、つまり、fp＝共振周波数fr（共振周波数）となります。
圧電振動子のサセプタンスをゼロにする一対の周波数のうち、低い方の周波数を共振周波数といい、 fr で表されます。
反共振周波数fa（反共振周波数）
圧電振動子のサセプタンスがゼロとなる一対の周波数のうち、高い方の周波数を反共振周波数といい、fa で表されます。
最大アドミッタンス周波数 fm (最大アドミッタンス周波数)
圧電振動子のアドミッタンスが大きい周波数を大アドミッタンス周波数といいます。このとき振動子のインピーダンスが小さいので小インピーダンス周波数とも言い、f m で表します。
小さなアドミッタンス周波数 fn (最小アドミッタンス周波数)
圧電振動子のアドミッタンスが小さくなる周波数を小アドミタンス周波数といいます。このとき、振動子のインピーダンスが大きいので、大インピーダンス周波数とも言い、f n で表します。
基本周波数
特定の振動モードにおける低い共振周波数はピッチ周波数と呼ばれ、通常は基本周波数になります。
倍音周波数（基本周波数）
特定の振動モードにおける基本周波数以外の共振周波数は倍音周波数と呼ばれます。
温度安定性
温度安定性とは、圧電セラミックスの性能が温度によって変化する特性を指します。
ある温度において、温度が1 ℃変化したとき、その温度における周波数の数値に対する、ある周波数の数値変化の比を周波数温度係数TKfといいます。
さらに、通常、特定のパラメータの温度安定性を特徴付けるために、大きな相対ドリフトが使用されます。
正温度における相対周波数シフト= △ fs (大きな正温度)/fs(25 ℃ )
負の温度で大きな相対周波数シフト = △ fs (大きな負の温度)/fs(25 ℃ )
電気機械結合係数 (ELECTRO MECHANICAL COEFFICIENT)
電気機械結合係数 K は、蓄積された弾性エネルギー密度 V1 と誘電エネルギー密度 V2 の積に対する弾性誘電相互作用エネルギー密度の二乗 V122 の比の平方根です。
圧電セラミックスでは通常、次の 5 つの基本的な結合係数が使用されます。
A. 平面電気機械結合係数 KP (薄いディスクの厚さ方向に沿った分極と電気励起を反映し、半径方向の伸縮振動時の電気機械結合効果のパラメーターです)。
B. 横電気機械結合係数 K31 (長さ伸縮振動の厚さ方向分極および電気励起に沿った細長いストリップの電気機械結合効果を反映するパラメータ)。
C. 縦方向電気機械結合係数 K33 (長さ伸縮振動に対する分極と電気励起の長さ方向に沿った細棒の電気機械結合効果を反映するパラメータ)
D. 厚さ延伸の電気機械結合係数 KT
E. 厚み滑り電気機械結合係数 K15 (長方形板の長さ方向に沿った分極を反映し、励起電場の方向は分極方向と直交し、厚み滑り振動時の電気機械結合効果のパラメーターとして使用されます。)
圧電ひずみ定数 D (PIEZOELECTRIC STRAIN CONSTANT)
圧電ひずみ定数とは、応力 T と電界成分 EM が一定（M ≠ I）の条件下で、電界成分 E の変化に伴うひずみ成分 SI の変化と EI の変化の比です。
圧電電圧定数 G (PIEZOELECTRIC VOLTAGE CONSTANT)
定数とは、電気変位 D と応力成分 TN (N ときの、応力成分 TI の変化に対する電界強度成分 EI の変化と、応力成分 TN の変化との比です。≠ I) が一定の
キュリー温度 TC (CURIE TEMPERATURE)
圧電セラミックスは、特定の温度範囲内でのみ圧電効果を発揮します。臨界温度TCがあります。温度が TC よりも高い場合、圧電セラミックは構造相転移を起こします。この臨界温度TCをキュリー温度といいます。
温度安定性 (TEMPERATURE STABILITY)
の性能の特徴を指します。 圧電セラミックトランスデューサー。 温度によって変化する一般に、温度安定性を説明するには、温度係数または大きな相対ドリフトという 2 つの方法があります。
老化率の 10 倍 (AGEING RATE PER DECADE) Y は特定のパラメーターを表します
周波数定数（FREQUENCY CONSTANT）
半径方向および横方向の長さ伸縮振動モードの場合、周波数定数は、直列共振周波数と、この周波数を決定する要素の寸法 (直径または長さ) の積です。長さ方向の厚さおよび伸縮せん断振動モードの場合、周波数定数は、平行共振周波数と、この周波数を決定する振動子のサイズ (長さまたは厚さ) の積であり、その単位は HZ.M です。
