Qu'est-ce qu'un capteur piézoélectrique?
Un capteur piézoélectrique est un dispositif qui mesure la pression ou la déformation en utilisant la piézoélectricité, un phénomène dans lequel certains matériaux peuvent générer un courant électrique lorsqu'ils sont déformés. Ainsi, un capteur piézoélectrique peut convertir la force exercée sur lui par compression, choc, accélération ou vibration en un signal électrique dont la force est proportionnelle à la force de la force. Un certain nombre de matériaux d'origine naturelle qui démontrent cet effet, notamment le quartz et la tourmaline. Les matériaux piézoélectriques peuvent également être synthétisés de manière industrielle. Les matériaux piézoélectriques synthétiques peuvent être des matériaux monocristallins similaires aux cristaux naturels mais aux propriétés améliorées, tels que les cristaux de phosphate de gallium; des matériaux piézocéramiques tels que le titanate de zirconate de plomb (PZT), qui peuvent être fabriqués à moindre coût par frittage ou chauffage des ingrédients en poudre dans un four; et des polymères tels que le polyfluorure de vinylidène (PVDF) qui peuvent être transformés en films minces et flexibles.
Le signal électrique généré par les capteurs piézoélectriques chute rapidement après la première application de la force. Cela signifie qu'ils ne conviennent pas à la mesure d'une force statique; Cependant, ils sont excellents pour mesurer des forces de très courte durée, telles que les forces d'impact. Les capteurs monocristallins et piézocéramiques sont très rigides et ont une fréquence propre très élevée. La fréquence naturelle d'un capteur impose des limites à son utilisation, des erreurs de mesure se produisant lorsque la fréquence de la vibration à mesurer est proche de celle du capteur. La fréquence propre élevée d'un capteur piézoélectrique lui permet toutefois de mesurer avec précision les très hautes fréquences. Cela signifie qu'il peut être utilisé pour détecter des modèles de vibrations inhabituels pouvant être causés par des défauts de matériaux et de composants.
La grande rigidité des capteurs monocristallins et piézocéramiques signifie qu'ils présentent souvent des propriétés physiques similaires à celles des matériaux, tels que l'acier, à partir duquel sont fabriqués les outils et les machines. Les capteurs peuvent donc être intégrés aux outils et aux machines dans leur structure, de sorte qu'ils puissent être construits avec des capteurs intégrés. Ce type de capteur piézoélectrique est également très robuste, capable de supporter des forces de choc importantes et de fonctionner efficacement à haute température. Il est utilisé dans de nombreuses applications industrielles pour mesurer la pression et la contrainte exercée sur les matériaux. Ils peuvent également être utilisés pour mesurer l'accélération - lorsqu'un objet accélère, il exerce une force dans la direction opposée qui peut être mesurée par un capteur.
Les capteurs piézoélectriques ont une large gamme d’autres applications. Une application courante est celle des microphones, où la force exercée par les ondes sonores est convertie en signaux électriques et enregistrée ou amplifiée. Les matériaux piézoélectriques flexibles et légers tels que le PVDF peuvent être utilisés dans les écrans tactiles et les tablettes tactiles, ainsi que dans la recherche scientifique. Par exemple, de minuscules capteurs peuvent être connectés à de petits animaux et même à des insectes pour surveiller leur activité et leur comportement.