压电效应能表征(矿石的压电性)
一、岩***矿石的压电性
自然界中某些特定的结晶物质，例如石英晶体，当受到压力时内部将产生电极化，并在其表面出现电荷。岩、矿石的这种性质便称为压电性，这种现象称为压电效应（孙振江、王华俊，1984；姜枚等，1994）。
压电模数是表征岩、矿石压电性大小的参数，实际上它是一个复杂的各向异性的物理量。从弹性理论可知，任意形状的弹性体，当外力作用时，物体内任意一点M（x，y，z）处将产生六个独立的应力分量，此六个应力分量完全决定了通过M点的任意单元面积上的应力。若压电模数（d）用极化强度（P）与应力（T）来描述则可表为
地电场与电法勘探
由于在理论上，无对称中心的晶体都能产生压电效应，故根据矿物晶体结构的类型，目前已知约有300多种矿物具有压电性，这些矿物中有50%是极不普遍的。而且，其中只有20余种已测出压电模数，有70余种矿物仅能定性地确定其压电效应的存在。
压电模数的单位为库/牛（C/N）。具压电性矿物中，石英在自然界分布最广，压电性亦强。它不仅是许多岩石的造岩矿物，同时与某些金、铜、锡、钨、钼和稀有元素矿床，以及水晶、云母、萤石等矿产有密切成因关系。
对国内十几个矿区一些岩、矿石标本测得的压电模数值如表1-1-15所示。研究表明，岩石压电性的强弱取决于压电矿物的含量及其压电组构。由表可见，不同成因的含石英岩石（热液石英岩和砂岩）即使其SiO2含量几乎都近于100%，但由于压电组构的不同（取决于岩石的成因及成岩过程中构造应力与地球电场），其压电模数差异极大。
表1-1-15不同矿区岩矿石标本压电模数最大值变化范围
如果岩石标本中压电性矿物定向排列性很强，并且在样品制作中大体沿结晶轴方向切割，则必然会出现不同面上测得的压电模数有明显的差异，如图1-1-20所示。
图1-1-20在样品不同面上观测到的压电信号波形图
20世纪60年代以来，利用压电效应勘查石英岩及含有石英岩的矿床，已取得一定效果。
二、压电材料的材料参数
压电系数d33
压电系数是压电体把机械能转变成电能或把电能转变成机械能的转变系数，反应压电材料弹性性能与介电性能之间的耦合关系自由介电常数εT33（free permittivity）
电介质在应变为零（或常数）时的介电常数，其单位为法拉/米。
相对介电常数εTr3（relative permittivity）
介电常数εT33与真空介电常数ε0之比值，εTr3=εT33/ε0，它是一个无因次的物理量。
介质损耗（dielectric loss）
电介质在电场作用下，由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。
损耗角正切tgδ（tangent of loss angle）
理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前90 0，但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗，电流超前的相位角ψ小于900，它的余角δ（δ+ψ=900）称为损耗角，它是一个无因次的物理量，人们通常用损耗角正切tgδ来表示介质损耗的大小，它表示了电介质的有功功率（损失功率）P与无功功率Q之比。即：电学品质因数Qe（electrical quality factor）
电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数，用Qe表示，它是一个无因次的物理量。若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样，则 Qe=1/ tgδ=ωCR
机械品质因数Qm（mechanical quanlity factor）
压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数。它与振子参数的关系式为：
泊松比（poissons ratio）
泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比，是一个无因次的物理量，用δ表示：δ=- S 12/S11
串联谐振频率fs（series resonance frequency）
压电振子等效电路中串联支路的谐振频率称为串联谐振频率，用f s表示，即
并联谐振频率fp（parallel resonance frequency）
压电振子等效电路中并联支路的谐振频率称为并联谐振频率，用f p表示，即f p=谐振频率fr（resonance frequency）
使压电振子的电纳为零的一对频率中较低的一个频率称为谐振频率，用f r表示。
反谐振频率fa（antiresonance frequency）
使压电振子的电纳为零的一对频率中较高的一个频率称为反谐振频率，用f a表示。
最大导纳频率fm（maximum admittance frequency）
压电振子导纳最大时的频率称为最大导纳频率，这时振子的阻抗最小，故又称为最小阻抗频率，用f m表示。
最小导纳频率fn（minimum admittance frequency）
压电振子导纳最小时的频率称为最小导纳频率，这时振子的阻抗最大，故又称为最大阻抗频率，用f n表示。
基频（fundamental frequency）
给定的一种振动模式中最低的谐振频率称为基音频率，通常成为基频。
泛音频率（fundamental frequency）
给定的一种振动模式中基频以外的谐振频率称为泛音频率。
温度稳定性（temperature stability）
温度稳定性系指压电陶瓷的性能随温度而变化的特性。
在某一温度下，温度变化1℃时，某频率的数值变化与该温度下频率的数值之比，称为频率的温度系数TKf。
另外，通常还用最大相对漂移来表征某一参数的温度稳定性。
正温最大相对频移=△f s(正温最大)/ f s(25℃)
负温最大相对频移=△f s(负温最大)/ f s(25℃)
机电耦合系数（ELECTRO MECHANICAL COUPLING COEFFICIENT）
机电耦合系数K是弹性一介电相互作用能量密度平方V122与贮存的弹性能密度V1与介电能密度V2乘积之比的平方根。
压电陶瓷常用以下五个基本耦合系数
A、平面机电耦合系数KP（反映薄圆片沿厚度方向极化和电激励，作径向伸缩振动时机电耦合效应的参数。）
B、横向机电耦合系数K31（反映细长条沿厚度方向极化和电激励，作长度伸缩振动的机电耦合效应的参数。）
C、纵向机电耦合系数K33（反映细棒沿长度方向极化和电激励，作长度伸缩振动的机电耦合效应的参数。）
D、厚度伸缩机电耦合系数KT（反映薄片沿厚度方向极化和电激励，作厚度方向伸缩振动的机电效应的参数。）
E、厚度切变机电耦合系数K15（反映矩形板沿长度方向极化，激励电场的方向垂直于极化方向，作厚度切变振动时机电耦合效应的参数。）
压电应变常数D（PIEZOELECTRIC STRAIN CONSTANT）
压电应变常数是在应力T和电场分量EM(M≠I)都为常数的条件下，电场分量E变化所引起的应变分量SI的变化与EI变化之比。
压电电压常数G(PIEZOELECTRIC VOLTAGE CONSTANT)
该常数是在电位移D和应力分量TN（N≠I）都为常数的条件下，应力分量TI的变化所引起的电场强度分量EI的变化与TI的变化之比。
居里温度TC(CURIE TEMPERATURE)
压电陶瓷只在某一温度范围内具有压电效应，它有一临界温度TC，当温度高于TC时，压电陶瓷发生结构相转变，这个临界温度TC称为居里温度。
温度稳定性(TEMPERATURE STABILITY)
指压电陶瓷的性能随着温度变化的特性，一般描述温度稳定性有温度系数或最大相对漂移二种方法。
十倍时间老化率(AGEING RATE PER DECADE) Y表示某一参数
频率常数(FREQUENCY CONSTANT)
对于径向和横向长度伸缩振动模式，其频率常数为串联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（直径或长度）的乘积。对于纵向长度厚度和伸缩切变振动模式，其频率常数为并联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（长度或厚度）的乘积，其单位：HZ.M
