超声波流量计探头及换能器原理  八十

在正常情况下，石英的硅离子和氧离子配置在六棱柱的晶格上，硅离子按螺旋线排列，螺旋线的旋转方向表明是右旋石英还是左旋石英，图5.5示出的是左旋石英，硅离子2的位置比硅离子1要深入，而硅离子3的位置又比硅离子2要深入（这里指从书本纸面向内以左旋方式进入）。每个硅离子带有四个正电荷，每个氧离子带有两个负电荷，晶格中的电荷互相平衡，晶体不显电性。

X切石英纵向压电效应表现如图5.6所示。当沿X方向施加应力（压应力或张应力）时，石英晶体中带正电荷的硅离子与带负电荷的氧离子间相对位置发生变化，破坏了如图5.5所示的分子间原先的电平衡，在晶体内产生电场，于是在垂直于X轴的两极板表面产生等值的异号电荷堆积（注意是束缚电荷），亦即产生了压电效应。相反，若在垂直于X轴的两极板表面施加电场时，电场的作用使离子极化，而极化电荷因同性相斥，异性相吸导致离子发生相对位移，使晶片在X轴方向上的厚度发生变化，其表现与正压电效应的情况相反，亦即产生了逆压电效应。

对于Y切石英，其横向压电效应表现为沿Y轴方向施加应力（压应力或张应力）使得改变硅离子与氧离子相对位置时，在X轴方向的两个极板上出现等值异号电荷堆积（图5.7）。在逆效应时，石英晶体受外加电场作用，使离子发生极化，晶胞中的离子因极化电荷的同性相斥、异性相吸而产生相对位移，使得晶胞内部产生内应力（压电力），最终引起宏观应变的发生。

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