¿Qué es un sensor piezoeléctrico?
Un sensor piezoeléctrico es un dispositivo que mide la presión o la tensión utilizando la piezoelectricidad, un fenómeno en el que ciertos materiales pueden generar una corriente eléctrica cuando se deforman. Por lo tanto, un sensor piezoeléctrico puede convertir la fuerza ejercida sobre él por compresión, impacto, aceleración o vibración en una señal eléctrica cuya fuerza es proporcional a la fuerza de la fuerza. Hay una serie de materiales naturales que demuestran este efecto, especialmente el cuarzo y la turmalina. Los materiales piezoeléctricos también se pueden sintetizar industrialmente. Los materiales piezoeléctricos sintéticos pueden ser materiales monocristalinos similares a los cristales naturales pero con propiedades mejoradas, como los cristales de fosfato de galio; materiales piezocerámicos como el titanato de circonato de plomo (PZT), que se pueden fabricar a bajo costo sinterizando o calentando ingredientes en polvo en un horno; y polímeros como el fluoruro de polivinilideno (PVDF) que pueden convertirse en películas delgadas y flexibles.
La señal eléctrica generada por los sensores piezoeléctricos cae rápidamente después de que se aplica la fuerza por primera vez. Esto significa que no son adecuados para medir una fuerza estática; sin embargo, son excelentes para medir fuerzas de muy corta duración, como las fuerzas de impacto. Los sensores de cristal único y piezocerámico son muy rígidos y tienen una frecuencia natural muy alta. La frecuencia natural de un sensor impone limitaciones en sus usos, ya que se producirán errores de medición cuando la frecuencia de la vibración a medir sea cercana a la del sensor. Sin embargo, la alta frecuencia natural de un sensor piezoeléctrico le permite medir con precisión frecuencias muy altas. Esto significa que se puede usar para detectar patrones de vibración inusuales que pueden ser causados por defectos en materiales y componentes.
La alta rigidez de los sensores de cristal único y piezocerámico significa que a menudo tienen propiedades físicas similares a las de los materiales, como el acero, del que están hechas las herramientas y las máquinas. Por lo tanto, los sensores pueden incorporarse en herramientas y maquinaria como parte de su estructura, de modo que puedan construirse con sensores incorporados. Este tipo de sensor piezoeléctrico también es muy robusto, capaz de manejar fuertes fuerzas de impacto y operar eficazmente a altas temperaturas, y se utiliza en muchas aplicaciones industriales para medir la presión y la tensión en los materiales. También se pueden usar para medir la aceleración: cuando un objeto acelera, ejerce una fuerza en la dirección opuesta que puede medir un sensor.
Los sensores piezoeléctricos tienen una amplia gama de otras aplicaciones. Una aplicación común es en los micrófonos, donde la fuerza ejercida por las ondas sonoras se convierte en señales eléctricas y se graba o amplifica. Los materiales piezoeléctricos ligeros y flexibles, como el PVDF, se pueden usar en pantallas táctiles y almohadillas táctiles, y también tienen aplicaciones en la investigación científica. Por ejemplo, se pueden conectar sensores pequeños a pequeños animales e incluso insectos para controlar su actividad y comportamiento.