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壓電基礎(chǔ)
機電變換
像海綿可以擠出水一樣，當壓電材料受壓時產(chǎn)生電荷，其信號幅度和頻率直接與壓電材料的機械變形成正比。變形使材料表面電荷密度發(fā)生變化，于是就在加了電極的表面之間產(chǎn)生出電壓。當所加的力反向時，輸出電壓的極性也同時反相。一個往復(fù)力會得到交變的輸出電壓。
壓電薄膜，也像所有的壓電材料一樣，是一種動態(tài)材料，所產(chǎn)生的電荷與所加機械應(yīng)力的變化成正比。由于材料的內(nèi)部阻抗，不適用于靜態(tài)測量（純直流）。壓電膜所產(chǎn)生的電荷的衰減時間常數(shù)，取決于膜本身的介電常數(shù)、內(nèi)阻，以及壓電膜所接接口電路的輸入內(nèi)阻。實際上，壓電膜最低可測頻率可達到0.001Hz。有許多方法可實現(xiàn)純直流響應(yīng)，但要求壓電膜既用作執(zhí)行器，又作為傳感器，監(jiān)控著直流過程所產(chǎn)生的執(zhí)行結(jié)果的變化。
對電荷或電壓，固有的壓電常數(shù)預(yù)告了對小應(yīng)力(或應(yīng)變)，壓電共聚物所能產(chǎn)生的電荷密度（單位面積的電荷）或電壓場（單位厚度的電壓）。
電荷模式：
在近于短路的情況下，所產(chǎn)生的電荷密度可用下式表示：
D = Q/A = d3nXn (n = 1, 2或3)
所加應(yīng)力(或應(yīng)變)的機械軸（n），通常為：
1 = 長度（或拉伸）方向
2 = 寬度（或橫向）方向
3 = 厚度方向
式中：
D = 所產(chǎn)生的電荷密度
Q = 所產(chǎn)生的電荷
A = 導電極面積
D3n = 與所加應(yīng)力或應(yīng)變軸所對應(yīng)的壓電系數(shù)
n = 所加應(yīng)力或應(yīng)變軸
Xn = 相關(guān)方向上所加的應(yīng)力
必須指出，d3n系數(shù)一般表示為每牛頓皮庫侖（pC/N），但由于受力面積（m²）往往并不相同，而又不能“相消”，所以較確切的表達式應(yīng)該是 (pC/m²)/(N/m²)。
電壓模式:
開路輸出電壓，可用下式表示：
Vo = g3nXnt (n = 1, 2或3，與上述相同)
式中：
g = 與所加應(yīng)力或應(yīng)變軸相應(yīng)的壓電系數(shù)
Xn= 相關(guān)方向上所加應(yīng)力
t = 壓電膜厚度
壓電常數(shù)：
應(yīng)用最廣泛的壓電常數(shù)d3n 和g3n ，即電荷
和電壓，分別具有二個下角標。前者指電軸，
后者指機械軸。由于壓電膜很薄，所以電極只
能在上、下表面。由于電荷或者電壓總是通過
膜的厚度（n=3）來傳輸,因此，電軸便總是“3” 。
如圖28所示，機械應(yīng)力可以加在任何軸向，
所以，機械軸可以是1、2，或3。
通常，將壓電膜的機械軸向1用于低頻傳感和驅(qū)動（<100kHz），而機械軸向3則用于高頻超聲傳感和驅(qū)動（>100KHz）。
方向特性：
壓電材料是各向異性的，也就是電和機械響應(yīng)不同并取決于所加電場軸向或所加應(yīng)力或應(yīng)變軸向。在有關(guān)壓電效應(yīng)的計算中，必須要考慮到這種方向特性。
例一：
在一長2.54cm，寬2.54cm和厚度為110µm的壓電薄膜開關(guān)上，施加一個1.45磅/平方英寸(10,000N/m²)的負荷。該開關(guān)元件背后有剛性支撐。故力是作用在厚度方向上（即：g33模式）。本例中，負荷是作用在壓電薄膜的長成寬的面積上。厚度方向所產(chǎn)生的開路電壓為：
式中：
V/m = 壓電膜厚度每米的電壓輸出
N/m²= 膜相關(guān)面積上施加的應(yīng)力，由磅/英寸²變換為N/m²約為7,000。
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