Co je to piezoelektrický senzor?

Piezoelektrický senzor je zařízení, které měří tlak nebo napětí pomocí piezoelektriky, což je jev, ve kterém mohou určité materiály při deformování generovat elektrický proud. Piezoelektrický senzor tedy může na ně převést sílu, která na něj vyvíjí kompresí, nárazem, zrychlením nebo vibracemi na elektrický signál, jehož pevnost je úměrná síle síly. Existuje řada přirozeně se vyskytujících materiálů, které tento účinek ukazují, zejména křemen a turmalin. Piezoelektrické materiály lze také syntetizovat průmyslově. Syntetické piezoelektrické materiály mohou být monokrystalové materiály podobné přírodním krystalem, ale se zvýšenými vlastnostmi, jako jsou krystaly fosfátu gallium; Piezoceramické materiály, jako je olověný zirkonate titanát (PZT), které lze levně vyrábět slinem nebo vytápěním práškových ingrediencí v peci; a polymery, jako je polyvinyliden fluorid (PVDF), které lze vyrobit na tenké, flexibilní filmy.

Elektrický signál generovaný piezoelektrickými senzory rychle padá po první aplikaci síly. To znamená, že jsou nevhodné pro měření statické síly; Jsou však vynikající při měření sil velmi krátkého trvání, jako jsou nárazové síly. Jedno krystaly a piezoceramické senzory jsou velmi rigidní a mají velmi vysokou přirozenou frekvenci. Přirozená frekvence senzoru ukládá omezení jeho použití, protože dojde k chybám měření, když je měřena frekvence vibrací, která má být měřena frekvence senzoru. Vysoká přirozená frekvence piezoelektrického senzoru však umožňuje přesně měřit velmi vysoké frekvence. To znamená, že může být použit k detekci neobvyklých vzorců vibrací, které by mohly být způsobeny vadami materiálů a komponent.

Vysoká rigidita monokrystalů a piezoceramických senzorů znamená, že mají často podobné fyzikální vlastnosti jako materiály, jako je STÚhoř, ze kterých se vyrábějí nástroje a stroje. Senzory mohou být proto začleněny do nástrojů a strojů jako součást jejich struktury, aby mohly být konstruovány s vestavěnými senzory. Tento typ piezoelektrického senzoru je také velmi robustní, je schopen zvládnout silné nárazové síly a účinně pracovat při vysokých teplotách a používá se v mnoha průmyslových aplikacích pro měření tlaku a namáhání materiálů. Lze je také použít k měření zrychlení - když objekt zrychlí, vyvíjí sílu v opačném směru, kterou lze měřit senzorem.

Piezoelektrické senzory mají širokou škálu dalších aplikací. Jedna běžná aplikace je v mikrofonech, kde síla vyvíjená zvukovými vlnami je převedena na elektrické signály a zaznamenáno nebo zesíleno. Flexibilní, lehké piezoelektrické materiály, jako je PVDF, lze použít na dotykových obrazovkách a dotykových podložkách a také mít aplikace ve vědeckém výzkumu. Například malé senzory mohou být připojenymalá zvířata a dokonce i hmyz pro sledování jejich aktivity a chování.