基于晶体变形的三维压电效应研究属晶体物理学、电介质物理学、静电学、弹性力学和实验力学等多学科交叉研究的前沿课题，它将压电效应从二维发展到三维，从线性极化发展到非线性极化，束缚电荷从单电极提取发展到多电极复合提取，从而在一定程度上发展了压电学科的理论体系。本书集作者近10年对基于晶体变形的压电效应研究而成，详细介绍基于晶体变形的压电效应研究历史和意义、石英晶片拉压效应、石英晶片弯曲效应、石英晶片扭转效应的理论计算、电极布置、实验结果以及在传感器上应用、压电传感器的静态标定装置、标定方法以及动态标定理论等内容。本书可作为机械设计制造及其自动化、机械电子工程、检测及控制等相关专业高年级本科生、研究生的教材，还可以作为压电研究人员和工程人员的参考用书。
章 绪论
1.1 压电效应简介
1.2 基于晶体变形效应研究简介
1.2.1 压电拉压效应研究
1.2.2 压电弯曲效应研究
1.2.3 压电扭转效应研究
第2章 压电效应晶体物理学基础
2.1 晶体结构与对称性
2.1.1 晶体及其点阵结构
2.1.2 晶体对称性及对称元素
2.1.3 晶体的分类
2.2 晶体宏观物理性质与晶体对称性
2.2.1 晶体的宏观物理性质
2.2.2 用张量描述宏观物理性质
2.2.3 晶体对称性对晶体宏观物理性质的影响
2.3 传感器与执行器的物质效应模型
2.3.1 六种能量间的物质效应模型
2.3.2 三种能量间物质效应G.Heckmann模型
第3章 压电效应力学基础
3.1 弹性力学基本方程
3.1.1 应力状态理论
3.1.2 应变状态理论
3.1.3 本构关系
3.1.4 静力学唯一性定理(Kirchhoff-Neumann唯一性定理)
3.2 平面问题基本方程
3.2.1 平面应变问题
3.2.2 平面应力问题
3.3 弹性力学扭转理论
3.3.1 扭转问题基本方程
3.3.2 扭转问题边界条件
3.3.3 扭转问题解法
3.4 弹性力学弯曲理论
3.4.1 纯弯曲问题基本方程
3.4.2 悬臂梁弯曲问题基本方程
3.4.3 简支梁弯曲问题基本方程
第4章 压电效应电学基础
4.1 自由空间的电磁场定律
4.1.1 自由空间的积分电磁场定律
4.1.2 自由空间的微分电磁场定律
4.1.3 场定律整体含义
4.1.4 电磁场边界条件
4.2 静电场的标量位
4.2.1 静电场标量位的引入
4.2.2 标量位的微分方程
4.3 有物质存在时宏观场定律
4.3.1 极化强度的概念
4.3.2 极化电荷密度
4.4 各向异性介质宏观场定律
4.4.1 各向异性电介质的一般特性
4.4.2 各向异性介质麦克斯韦方程组
4.4.3 各向异性介质中标势满足的方程
4.4.4 各向异性介质中标势所满足的边界条件
第5章 石英晶体压电效应机理
5.1 石英晶体结构和性能
5.1.1 石英物理与力学性能
5.1.2 石英晶体结构
5.2 石英晶体的压电机理
5.2.1 压电效应的电偶极子机理
5.2.2 石英压电效应机理
5.2.3 压电效应类型
5.3 石英晶体的压电效应表达式建立和物理意义
5.3.1 基于应力的压电效应及其压电效应表达式的建立
5.3.2 压电效应表达式的意义
第6章 石英晶片拉压效应研究
6.1 石英晶片拉压效应数值计算
6.1.1 拉压应力计算
6.1.2 束缚电荷计算
6.1.3 束缚电场仿真
6.2 石英晶片拉压效应的实验测定
6.2.1 拉压晶组组成
6.2.2 实验装置
6.2.3 实验结果
6.3 基于拉压效应的力学量传感器研发
6.3.1 单向压电石英力传感器
6.3.2 压电式压力传感器
6.3.3 压电式加速度传感器
第7章 石英晶片弯曲效应研究
7.1 石英晶片悬臂梁弯曲效应数值计算
7.1.1 弯曲应力计算
7.1.2 束缚电荷计算
7.1.3 弯曲效应测量晶组组成
7.2 基于弯曲效应的悬臂梁测力传感器研发
7.2.1 悬臂梁测力传感器结构
7.2.2 悬臂梁传感器实验测定
第8章 石英晶片扭转效应研究
8.1 石英晶片扭转效应数值计算
8.1.1 扭转应力计算
8.1.2 束缚电荷密度计算
8.1.3 检测电极布置
8.2 基于扭转效应的三向压电钻削测力仪研发
8.2.1 石英测量晶组方案选择
8.2.2 三向压电钻削测力仪壳体设计
8.2.3 三向压电钻削测力仪的横向干扰
8.2.4 三向压电钻削测力仪的预紧力与量程计算
8.2.5 三向压电钻削测力仪灵敏度的计算
8.3 基于扭转效应的三向压电钻削测力仪标定
8.3.1 三向压电钻削测力仪的静态标定
8.3.2 向间干扰
8.3.3 动态标定
第9章 压电传感器静态和动态标定
9.1 压电传感器静态标定
9.1.1 静态误差的定义方法
9.1.2 采用“逐级加、卸载法”进行静态标定的方法与步骤
9.1.3 石英晶体力传感器技术性能指标
9.2 多功能压电测力仪静态标定台
9.2.1 多功能压电测力仪静态标定台原理与结构
9.2.2 滑动螺旋传动设计计算
9.2.3 精度与刚度
9.3 压电石英测力仪动态响应分析
9.3.1 测力仪的频率响应
9.3.2 动态误差与工作频带
附录
附录1张量基本知识
附录2弹性顺度系数的坐标变换
附录3压电系数的坐标变换
参考文献
高长银，郑州航空工业管理学院，飞行器动力工程教研室主任，教授，毕业于大连理工大学机械工程学院机械制造及其自动化专业，获博士学位。从事机械检测和控制技术、传感器与执行器技术、机械设计与制造技术等领域的教学与科研工作。近年来，主持和参与完成了包括国家自然科学基金、航空科学基金、河南省自然科学基金、河南省科技攻关计划等科研课题10项（其中7项通过河南省科技厅组织的技术鉴定），获河南省教育厅科技成果一等奖1项；申请4项，获国家授权发明1项；出版学术著作50部，发表学术论文50余篇。长期从事AuotoCAD，UG，ANSYS软件的官方培训，精通掌握多个CAD/CAM流行软件（AutoCAD，Pro/E， UG，SolidWorks，ANSYS，Mastercam）的使用和不错应用设计技能，从事过各类产品的三维造型、模具以及数控加工设计，具有扎实的设计经验，实践经验丰富。所获奖励：2004年辽宁省科技进步一等奖。
