圧電センサーとは？

圧電センサーは、特定の材料が変形すると電流を生成する現象である圧電性を使用して、圧力またはひずみを測定するデバイスです。 したがって、圧電センサーは、圧縮、衝撃、加速、または振動によって加えられた力を、その強さが力の強さに比例する電気信号に変換できます。 この効果を実証する多くの天然素材、特に石英とトルマリンがあります。 圧電材料は工業的に合成することもできます。 合成圧電材料は、天然結晶に似ているがリン酸ガリウム結晶などの特性が強化された単結晶材料です。 チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）などの圧電セラミック材料。焼結したり、炉内で粉末成分を加熱することで安価に製造できます。 また、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などのポリマーは、薄くて柔軟なフィルムにすることができます。

力が最初に加えられた後、圧電センサーによって生成される電気信号は急速に低下します。 これは、静的な力の測定には適していないことを意味します。 ただし、衝撃力などの非常に短時間の力の測定には優れています。 単結晶および圧電セラミックセンサーは非常に硬く、非常に高い固有振動数を持っています。 測定する振動の周波数がセンサーの周波数に近い場合、測定誤差が発生するため、センサーの固有周波数はその使用に制限を課します。 ただし、圧電センサーの高い固有振動数により、非常に高い周波数を正確に測定できます。 これは、材料およびコンポーネントの欠陥によって引き起こされる可能性のある異常な振動パターンを検出するために使用できることを意味します。

単結晶および圧電セラミックセンサーの高い剛性は、それらが工具や機械の製造元である鋼などの材料と同様の物理的特性を持っていることを意味します。 したがって、センサーは、その構造の一部としてツールや機械に組み込むことができるため、組み込みのセンサーで構築できます。 また、このタイプの圧電センサーは非常に堅牢で、強い衝撃力を処理し、高温で効果的に動作することができ、材料の圧力とひずみを測定するための多くの産業用途で使用されます。 また、加速度の測定にも使用できます。オブジェクトが加速すると、反対方向に力が加わり、センサーで測定できます。

圧電センサーには、他にも幅広い用途があります。 一般的な用途の1つは、音波の力が電気信号に変換されて記録または増幅されるマイクです。 PVDFなどの柔軟で軽量な圧電材料は、タッチスクリーンやタッチパッドで使用でき、科学研究にも応用できます。 たとえば、小動物や昆虫にさえ小さなセンサーを取り付けて、活動や行動を監視できます。