Co to jest czujnik piezoelektryczny?

Czujnik piezoelektryczny to urządzenie, które mierzy ciśnienie lub odkształcenie za pomocą piezoelektryczności, zjawisko, w którym niektóre materiały mogą generować prąd elektryczny po zdeformowaniu. Zatem czujnik piezoelektryczny może przekształcić siłę wywieraną na nią przez kompresję, uderzenie, przyspieszenie lub wibracje w sygnał elektryczny, którego wytrzymałość jest proporcjonalna do siły siły. Istnieje wiele naturalnie występujących materiałów, które pokazują ten efekt, w szczególności kwarc i turmalin. Materiały piezoelektryczne można również zsyntetyzować przemysłowo. Syntetyczne materiały piezoelektryczne mogą być materiałami pojedynczymi kryształowymi podobnymi do naturalnych kryształów, ale o wzmocnionych właściwościach, takich jak kryształy fosforanu galu; Materiały piezoceramiczne, takie jak ołowiany tytanian cyrkonianu (PZT), który można tanio wytwarzać przez spiekanie lub ogrzewanie sproszkowanych składników w piecu; oraz polimery, takie jak fluor poliwinylidenowy (PVDF), które można wykonać w cienkie, elastyczne folie.

Sygnał elektryczny generowany przez czujniki piezoelektryczne szybko spadnie po pierwszym przyłożeniu siły. Oznacza to, że są one nieodpowiednie do pomiaru siły statycznej; Są jednak doskonałe w pomiarze sił o bardzo krótkim czasie, takich jak siły uderzenia. Czujniki pojedynczych kryształów i piezoceramicznych są bardzo sztywne i mają bardzo wysoką częstotliwość naturalną. Częstotliwość naturalna czujnika nakłada ograniczenia jego zastosowań, ponieważ błędy pomiarowe wystąpią, gdy częstotliwość mierzonej wibracji jest zbliżona do częstotliwości czujnika. Jednak wysoka częstotliwość naturalna czujnika piezoelektrycznego pozwala jednak dokładnie mierzyć bardzo wysokie częstotliwości. Oznacza to, że można go użyć do wykrywania nietypowych wzorów wibracji, które mogą być spowodowane wadami w materiałach i komponentach.

Wysoka sztywność czujników pojedynczych kryształów i piezoceramicznych oznacza, że ​​często mają podobne właściwości fizyczne do materiałów, takich jak STwęgorz, z których wytwarzane są narzędzia i maszyny. Czujniki można zatem włączyć do narzędzi i maszyn w ramach ich struktury, aby można je było zbudować za pomocą wbudowanych czujników. Ten rodzaj czujnika piezoelektrycznego jest również bardzo solidny, jest w stanie poradzić sobie z silnymi siłami uderzeniowymi i skutecznie działać w wysokich temperaturach i jest stosowany w wielu zastosowaniach przemysłowych do pomiaru ciśnienia i obciążenia materiałów. Można je również użyć do pomiaru przyspieszenia - gdy obiekt przyspiesza, wywiera siłę w przeciwnym kierunku, którą można zmierzyć za pomocą czujnika.

Czujniki piezoelektryczne mają szeroki zakres innych zastosowań. Jednym z powszechnych zastosowań jest mikrofony, w których siła wywierana przez fale dźwiękowe jest przekształcana w sygnały elektryczne i rejestrowane lub wzmacniane. Elastyczne, lekkie materiały piezoelektryczne, takie jak PVDF, mogą być stosowane na ekranach dotykowych i podkładkach dotykowych, a także mieć zastosowania w badaniach naukowych. Na przykład można przymocować małe czujnikimałe zwierzęta, a nawet owady do monitorowania ich aktywności i zachowania.