電氣工程的一個(gè)主要部分側(cè)重于從我們周圍的其他能源發(fā)電的新方法，而另一個(gè)主要部分側(cè)重于調(diào)節(jié)它。一種新型傳感器可以直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，而不需要發(fā)電機(jī)(壓電發(fā)電機(jī))的典型旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

　　因?yàn)閴弘姲l(fā)電機(jī)不需要運(yùn)動(dòng)部件，所以它可以做得非常緊湊、可靠和持久。這也使信號(hào)調(diào)整更容易。壓電元件有很多種。如下圖所示，每個(gè)元素都有不同的形狀和特征。本文詳細(xì)討論了壓電發(fā)電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)。

　　什么是壓電效應(yīng)及其工作原理？

　　壓電是通過(guò)對(duì)一些材料施加機(jī)械應(yīng)力而產(chǎn)生的電，如晶體(應(yīng)時(shí))、陶瓷(鋯鈦酸鉛)，甚至一些生物材料，如骨骼和脫氧核糖核酸。

　　實(shí)際的機(jī)制涉及到電偶極子的產(chǎn)生，電偶極子是相隔很短距離的兩個(gè)相反的電荷，在晶體結(jié)構(gòu)上可以和條形磁鐵相比。當(dāng)對(duì)晶體施加力時(shí)，晶格結(jié)構(gòu)的微小變化會(huì)導(dǎo)致電偶極子的形成，從而在晶體表面產(chǎn)生電壓。該電壓可提供少量電荷，并可用于為外部電路供電。這種效應(yīng)反過(guò)來(lái)起作用，施加在壓電元件上的電壓將使其沿平面變形。這就是壓電蜂鳴器和超聲波換能器的工作原理。

　　讓我們仔細(xì)看看常見(jiàn)的壓電材料應(yīng)時(shí)。應(yīng)時(shí)是一種晶體形式的復(fù)合二氧化硅，它有一個(gè)硅原子和四個(gè)氧原子，排列成六邊形。通常，六邊形的每個(gè)頂點(diǎn)都有一個(gè)交替排列的氧或硅原子。

　　每個(gè)原子攜帶一個(gè)小電荷。在應(yīng)時(shí)的例子中，氧原子帶負(fù)電荷，硅原子帶正電荷。因?yàn)樵拥呐帕芯嚯x相等，所以每個(gè)頂點(diǎn)的電荷是平衡的，沒(méi)有凈偶極矩。

　　當(dāng)晶體沿著六邊形的兩個(gè)相對(duì)側(cè)變形時(shí)，結(jié)構(gòu)變得平坦，現(xiàn)在兩端相對(duì)頂點(diǎn)之間的距離增加。這導(dǎo)致沿著中心軸的電荷不平衡，導(dǎo)致小的偶極矩。這個(gè)偶極矩產(chǎn)生一個(gè)垂直于施加在晶體上的力的小電壓。