電氣工程的一個主要部分側(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。

　　因?yàn)閴弘姲l(fā)電機(jī)不需要運(yùn)動部件，所以它可以做得非常緊湊、可靠和持久。這也使信號調(diào)整更容易。壓電元件有很多種。如下圖所示，每個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？

　　壓電是通過對一些材料施加機(jī)械應(yīng)力而產(chǎn)生的電，如晶體(應(yīng)時)、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)對晶體施加力時，晶格結(jié)構(gòu)的微小變化會導(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)反過來起作用，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)看看常見的壓電材料應(yīng)時。應(yīng)時是一種晶體形式的復(fù)合二氧化硅，它有一個硅原子和四個氧原子，排列成六邊形。通常，六邊形的每個頂點(diǎn)都有一個交替排列的氧或硅原子。

　　每個原子攜帶一個小電荷。在應(yīng)時的例子中，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，所以每個頂點(diǎn)的電荷是平衡的，沒有凈偶極矩。

　　當(dāng)晶體沿著六邊形的兩個相對側(cè)變形時，結(jié)構(gòu)變得平坦，現(xiàn)在兩端相對頂點(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。這個偶極矩產(chǎn)生一個垂直于施加在晶體上的力的小電壓。