Piezoelektrik Transduser: Tətbiqləri və İşləmə Prinsipi

Nədir Piezoelektrik Transduser

Piezoelektrik transduser (və ya piezoelektrik sensor) bir cihazdır ki, piezoelektrik effektin istifadəsi ilə təzyiq, deforma, temperatur və ya qüvvə dəyişikliklərini ölçür və bu enerjiyə elektrik şarjuna çevrilir.

Transduser hər hansı bir formanın enerjisini başqa bir formaya çevirmək üçün istifadə olunan şeydir. Piezoelektrik material transduserlərin bir növüdür. Bu piezoelektrik materiala sıxma yaxud hər hansı bir qüvvə və ya təzyiq tətbiq edildikdə, transduser bu enerjiyi voltaja çevirir. Bu voltaj ona tətbiq edilən qüvvə və ya təzyiqin funksiyasıdır.

Piezoelektrik transduser tərəfindən yaratılan elektrik voltajı asanlıqla voltaj ölçmə alətləri tərəfindən ölçülə bilər. Bu voltaj, ona tətbiq edilən qüvvə və ya təzyiqin funksiyası olduğu üçün, voltaj oxunuşundan qüvvə/təzyiqi anlamağa imkan verir. Bu şəkildə, mekaniki stres və ya qüvvə kimi fiziki məlumatları piezoelektrik transduserin köməyiylə doğrudan ölçmək mümkündür.

Piezoelektrik Aktuator

Piezoelektrik aktuator piezoelektrik sensorun tərs davranır. Bu, elektrik effektinin materiali deformasiya etməsinə səbəb olacaq cihazdır, yəni uzama və ya üzlənməsi.

Bu deməkdir ki, piezoelektrik sensora sıxma tətbiq edildikdə, elektrik potensial yaradılır və tərsinə, piezoelektrik aktuatorda elektrik potensial tətbiq edildikdə, deformasiya olur, yəni uzama və ya üzlənməsi.

Piezoelektrik transduser silisium və oksigen kristal strukturu (SiO2) ilə hazırlanmış kuvars kristalından ibarətdir. Ümumiyyətlə, bütün kristalların bazalı birim hücresi (temel tekrarlanan birim) simmetrikdir, amma piezoelektrik kuvars kristalında belə deyil. Piezoelektrik kristallar elektrik cəhətdən neutraldır.

Onların içindəki atomlar simmetrik olmayabilir, amma elektrik yükleri müqayyətli olaraq balanslıdır, bəzi mənalarda müsbət yük mənfi yükü pozlaşdırır. Kuvars kristali, ona mənası olan bir düzlem üzərində mexaniki stres tətbiq edildikdə elektrik polarnıq yaratmaq üçün unikal xüsusiyyətə malikdir. Əsasən, iki növ stres var. Birincisi, sıxma stresidir, digəri isə uzama stresidir.

Sıxılmamış kuvarsda heç bir zərürət yaranmır. Sıxma stresi halında, bir tərəfdə müsbət yük, digər tərəfdə isə mənfi yük yaradılır. Sıxma stresi səbəbindən kristal inərək uzanır. Uzama stresi halında, sıxma stresi ilə müqayisədə yük tərsinə yaradılır və kuvars kristali qısalaraq şişər.

Piezoelektrik transduser piezoelektrik effektin prinsipi əsasında işləyir. "Piezoelektrik" sözü Yunan dilindən gəlir və "sıxmaq" və ya "basmaq" mənasını verir. Piezoelektrik effekt, kuvars kristalına mexaniki stres və ya qüvvələr tətbiq edildikdə, kristalın səthində elektrik yükü yarandığına əsaslanır. Piezoelektrik effekt Pierre və Jacques Curie tərəfindən keşf edilmişdir. Yaradılan yükun miqdarı, tətbiq edilən mexaniki stresin dəyişmə sürətinə orantılıdır. Daha yüksək stres, daha yüksək voltaj deməkdir.

Piezoelektrik effektin bir xüsusiyyəti, tərsinə çevrilə bilənləridir, yəni voltaj tətbiq edildikdə, onlar belə bir düzlem üzərində ölçüləri dəyişirlər, yəni kuvars kristalı strukturu elektrik sazaya yerləşdirildikdə, kristalın deformasiyası, elektrik sazanın güclüyünə orantılı olaraq dəyişir. Eyni strukturun, elektrik sazanın yönü tərsinə çevrilmiş halda yerləşdirildiyində, deformasiya da tərsinə olacaq.

Tətbiq edilən elektrik saza səbəb olaraq kuvars kristali uzanır

Elektrik sazanın tərsinə çevrilmiş yönü səbəb olaraq kuvars kristali qısaldır.
Bu özünü yaradan transduserdir. İşləmək üçün elektrik voltaj mənbəsinə ehtiyacı yoxdur. Piezoelektrik transduser tərəfindən yaradılan elektrik voltaj, tətbiq edilən stres və ya qüvvəyə orantılı olaraq dəyişir.

Piezoelektrik transduser yüksək hassassıyağa malikdir. Buna görə, sensordan istifadə edilir və çünki onun mükəmməl frekvens cavabı var, akselerometrda istifadə olunur. Piezoelektrik effekt, səs yaratma və deteksiya, elektronik frekvens yaratma, sigaret lighterinə qızdırıcı kimi, sonar, mikrofon, qüvvə, təzyiq və deplasman ölçməsi kimi bir çox tətbiqdə istifadə olunur.

Piezoelektrik Materiallara Tətbiq

Piezoelektrik materiallardan istifadə edərək, piezoelektrik transduserlər bir çox tətbiqdə istifadə oluna bilər:

1. Mikrofonlarda, səs təzyiqi elektrik signalə çevrilir və bu signal nəhayət daha yüksək səs yaratmaq üçün amplifikasiya olunur.

2. Avtomobil oturmaq yerlərinin kemerləri, sürətli yavaşlamaya cavab verərək bloklanır, bu da piezoelektrik materialdan istifadə edilərək edilir.

3. Dərhal tibbi diaqnostikada da istifadə olunur.

4. Mətbəxlərdə istifadə olunan elektrik lighterlərdə də istifadə olunur. Piezoelektrik sensora tətbiq edilən təzyiq elektrik signala çevrilir və nəhayət flaş yanır.

5. Həcmli şok və blast dalğalarının öyrənilməsində də istifadə olunur.

6. İnvaziv olmayan infertillik müalicəsində də istifadə olunur.

7. Inkjet printerlərdə də istifadə olunur

8. Restoranlarda və hava limanlarında, bir şəxs kapıya yaxın gəldikdə kapı avtomatik olaraq açılır. Bu, şəxs kapıya yaxın olduğunda, onun ağırlığı piezoelektrik sensora təzyiq tətbiq edir, bu da elektrik effektin yaradılmasına və kapının avtomatik olaraq açılmasına səbəb olur.

Piezoelektrik Material Nümunələri

Materiallar :

1. Bariyum Titanat.

2. Qurğul zirkon titanat (PZT).

3. Rochelle tuzu.

Piezoelektrik Ultrason Transduser

Bu, insan qulağı tərəfindən işitilə bilməyən bir çox frekvansları yaratır. Hər hansı bir voltaja tətbiq edildikdə, tez tez genişlənir və daralır. Adətən, paltar cihazı tərəfindən istifadə olunur.

Piezo Zəngçi