O que é um sensor piezoelétrico?
Um sensor piezoelétrico é um dispositivo que mede pressão ou deformação usando a piezoeletricidade, um fenômeno no qual certos materiais podem gerar uma corrente elétrica quando deformados. Assim, um sensor piezoelétrico pode converter a força exercida sobre ele por compressão, impacto, aceleração ou vibração em um sinal elétrico cuja força é proporcional à força da força. Existem vários materiais que ocorrem naturalmente que demonstram esse efeito, principalmente o quartzo e a turmalina. Os materiais piezoelétricos também podem ser sintetizados industrialmente. Os materiais piezoelétricos sintéticos podem ser materiais monocristalinos semelhantes aos cristais naturais, mas com propriedades aprimoradas, como cristais de fosfato de gálio; materiais piezocerâmicos, como titanato de zirconato de chumbo (PZT), que podem ser fabricados mais barato por sinterização ou aquecimento de ingredientes em pó em um forno; e polímeros como fluoreto de polivinilideno (PVDF) que podem ser transformados em filmes finos e flexíveis.
O sinal elétrico gerado pelos sensores piezoelétricos cai rapidamente após a aplicação da força. Isso significa que eles não são adequados para medir uma força estática; no entanto, são excelentes para medir forças de duração muito curta, como forças de impacto. Sensores monocristalinos e piezocerâmicos são muito rígidos e possuem uma frequência natural muito alta. A frequência natural de um sensor impõe limitações em seus usos, pois ocorrerão erros de medição quando a frequência da vibração a ser medida estiver próxima da do sensor. A alta frequência natural de um sensor piezoelétrico permite medir com precisão frequências muito altas. Isso significa que ele pode ser usado para detectar padrões de vibração incomuns que podem ser causados por defeitos de materiais e componentes.
A alta rigidez dos sensores monocristalinos e piezocerâmicos significa que eles geralmente têm propriedades físicas semelhantes aos materiais, como o aço, dos quais são feitas ferramentas e máquinas. Portanto, os sensores podem ser incorporados a ferramentas e máquinas como parte de sua estrutura, para que possam ser construídos com sensores embutidos. Esse tipo de sensor piezoelétrico também é muito robusto, capaz de lidar com fortes forças de impacto e operar efetivamente a altas temperaturas, e é usado em muitas aplicações industriais para medir pressão e pressão sobre os materiais. Eles também podem ser usados para medir a aceleração - quando um objeto acelera, exerce uma força na direção oposta que pode ser medida por um sensor.
Os sensores piezoelétricos têm uma ampla variedade de outras aplicações. Uma aplicação comum é em microfones, onde a força exercida pelas ondas sonoras é convertida em sinais elétricos e gravada ou amplificada. Materiais piezoelétricos leves e flexíveis, como PVDF, podem ser usados em telas sensíveis ao toque e touch pads, além de ter aplicações em pesquisas científicas. Por exemplo, pequenos sensores podem ser conectados a pequenos animais e até insetos para monitorar suas atividades e comportamentos.