超聲波流量計探頭及換能器原理  八十

在正常情況下，石英的硅離子和氧離子配置在六棱柱的晶格上，硅離子按螺旋線排列，螺旋線的旋轉方向表明是右旋石英還是左旋石英，圖5.5示出的是左旋石英，硅離子2的位置比硅離子1要深入，而硅離子3的位置又比硅離子2要深入（這里指從書本紙面向內以左旋方式進入）。每個硅離子帶有四個正電荷，每個氧離子帶有兩個負電荷，晶格中的電荷互相平衡，晶體不顯電性。

X切石英縱向壓電效應表現如圖5.6所示。當沿X方向施加應力（壓應力或張應力）時，石英晶體中帶正電荷的硅離子與帶負電荷的氧離子間相對位置發生變化，破壞了如圖5.5所示的分子間原先的電平衡，在晶體內產生電場，于是在垂直于X軸的兩極板表面產生等值的異號電荷堆積（注意是束縛電荷），亦即產生了壓電效應。相反，若在垂直于X軸的兩極板表面施加電場時，電場的作用使離子極化，而極化電荷因同性相斥，異性相吸導致離子發生相對位移，使晶片在X軸方向上的厚度發生變化，其表現與正壓電效應的情況相反，亦即產生了逆壓電效應。

對于Y切石英，其橫向壓電效應表現為沿Y軸方向施加應力（壓應力或張應力）使得改變硅離子與氧離子相對位置時，在X軸方向的兩個極板上出現等值異號電荷堆積（圖5.7）。在逆效應時，石英晶體受外加電場作用，使離子發生極化，晶胞中的離子因極化電荷的同性相斥、異性相吸而產生相對位移，使得晶胞內部產生內應力（壓電力），最終引起宏觀應變的發生。

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