Transduser Piezoelectric: Mga Aplikasyon & Prinsipyong Paggana

Ano ang Piezoelectric Transducer

Ang piezoelectric transducer (kilala rin bilang piezoelectric sensor) ay isang aparato na gumagamit ng epekto ng piezoelectric upang sukatin ang mga pagbabago sa pagtataas, presyon, strain, temperatura o puwersa sa pamamagitan ng pagkakapalit ng enerhiyang ito sa elektrikong kargamento.

Ang transducer ay anumang bagay na nagpapalit ng isang anyo ng enerhiya sa isa pa. Ang materyal na piezoelectric ay isang uri ng transducer. Kapag inapoy natin ang materyal na piezoelectric o inilapat anumang puwersa o presyon, ang transducer ay nagpapalit ng enerhiyang ito sa voltage. Ang voltage na ito ay isang function ng puwersa o presyon na inilapat dito.

Ang electric voltage na ipinaglaban ng piezoelectric transducer ay maaaring masukat ng madali gamit ang mga instrumento para sa pagsukat ng voltage. Dahil ang voltage na ito ay isang function ng puwersa o presyon na inilapat dito, maaari nating malaman kung ano ang puwersa/presyon sa pamamagitan ng reading ng voltage. Sa ganitong paraan, ang mga pisikal na quantity tulad ng mechanical stress o puwersa ay maaaring masukat diretso gamit ang piezoelectric transducer.

Piezoelectric Actuator

Ang piezoelectric actuator ay gumagana sa baligtad na paraan ng piezoelectric sensor. Ito ang isang aparato kung saan ang electric effect ay magdudulot ng materyal na magdeform, i.e. lumaki o lumihis.

Ibig sabihin, sa piezoelectric sensor, kapag inilapat ang puwersa upang ito ay lumaki o lumihis, ang electric potential ay ginenera at sa kabaligtaran, kapag inilapat ang electric potential sa piezoelectric actuator, ito ay deformed, i.e. lumaki o lumihis.

Ang piezoelectric transducer ay binubuo ng quartz crystal na gawa sa silicon at oxygen na naka-arrange sa crystalline structure (SiO2). Karaniwan, ang unit cell (basic repeating unit) ng lahat ng crystal ay simetriko pero sa piezoelectric quartz crystal, hindi. Ang piezoelectric crystals ay walang koryente.

Ang mga atom sa loob nito ay maaaring hindi simetriko na nakalinya pero ang kanilang mga electrical charges ay balanced, ibig sabihin ang positive charges ay kanselado ang negative charge. Ang quartz crystal ay may unique na katangian ng pagbuo ng electrical polarity kapag inilapat ang mechanical stress dito sa isang tiyak na plane. Mayroong dalawang uri ng stress. Isa ay compressive stress at ang isa pa ay tensile stress.

Kapag walang stressed quartz, walang charges na induksyon dito. Sa kaso ng compressive stress, ang positive charges ay induksyon sa isang bahagi at ang negative charges sa kabilang bahagi. Ang laki ng crystal ay naging mas maliit at mas mahaba dahil sa compressive stress. Sa kaso ng tensile stress, ang charges ay induksyon sa kabaligtarang paraan kumpara sa compressive stress at ang quartz crystal ay naging mas maikli at mas lapad.

Ang piezoelectric transducer ay batay sa principle ng piezoelectric effect. Ang salitang piezoelectric ay nakuha mula sa Greek word piezen, na nangangahulugang apuin o pindutin. Ang piezoelectric effect ay nagsasaad na kapag inilapat ang mechanical stress o puwersa sa quartz crystal, nagbibigay ito ng electrical charges sa ibabaw ng quartz crystal. Ang piezoelectric effect ay natuklasan ni Pierre at Jacques Curie. Ang rate ng charge na ginenera ay proportional sa rate ng pagbabago ng mechanical stress na inilapat dito. Mas mataas ang stress, mas mataas ang voltage.

Isa sa mga unique characteristics ng piezoelectric effect ay ito ay reversible, ibig sabihin kapag inilapat ang voltage sa kanila, sila ay nagbabago ng dimension kasama ang tiyak na plane, i.e. ang quartz crystal structure ay inilapat sa electric field, ito ay magdeform ang quartz crystal ng amount na proportional sa lakas ng electric field. Kung ang parehong structure ay inilapat sa electric field na may direksyon ng field na reversed, ang deformation ay ang kabaligtaran.

Naglalaho ang quartz crystal dahil sa electric field na inilapat

Naglalaho ang quartz crystal dahil sa electric field na inilapat sa kabaligtarang direksyon.
Ito ay isang self-generating transducer. Hindi ito nangangailangan ng external electric voltage source para sa operasyon. Ang electric voltage na ipinaglaban ng piezoelectric transducer ay linearly varied sa applied stress o puwersa.

Ang piezoelectric transducer ay may mataas na sensitivity. Kaya, ito ay gumagana bilang isang sensor at ginagamit sa accelerometer dahil sa kanyang excellent frequency of response. Ang piezoelectric effect ay ginagamit sa maraming aplikasyon na may kaugnayan sa produksyon at deteksiyon ng tunog, electronic frequency generation. Ito ay gumagana bilang isang ignition source para sa cigarette lighter at ginagamit sa sonar, microphone, force, pressure, at displacement measurement

Aplikasyon ng Materyal na Piezoelectric

Gamit ang materyal na piezoelectric, ang piezoelectric transducers ay maaaring gamitin sa iba't ibang aplikasyon, kasama ang:

1. Sa microphones, ang sound pressure ay pinapalit sa electric signal at ang signal na ito ay huli'y napapalaking upang makapagtayo ng mas malaking tunog.

2. Ang automobile seat belts na naglo-lock sa tugon sa mabilis na pagbabawas ng bilis ay ginagawa din gamit ang materyal na piezoelectric.

3. Ito rin ay ginagamit sa medical diagnostics.

4. Ito ay ginagamit sa electric lighter na ginagamit sa mga kitchen. Ang presyon na gawa sa piezoelectric sensor ay nagbabago sa electric signal na huli'y nagdudulot ng flash na sumusunog.

5. Ginagamit ito para sa pag-aaral ng high-speed shock waves at blast waves.

6. Ginagamit sa fertility treatment.

7. Ginagamit sa Inkjet printers

8. Ito rin ay ginagamit sa mga restaurant o airport kung saan kapag may tao na lumapit sa pinto at ang pinto ay bukas na automatic. Sa concept na ito, kapag may tao na malapit sa pinto, ang presyon ay inilapat sa taong may weight sa sensors dahil dito, ang electric effect ay nabuo at ang pinto ay bukas na automatic.

Mga Halimbawa ng Materyal na Piezoelectric

Ang mga materyal ay:

1. Barium Titanate.

2. Lead zirconate titanate (PZT).

3. Rochelle salt.

The Piezoelectric Ultrasonic Transducer

Ito ay nagbibigay ng frequencies na malayo sa taas na maaaring marinig ng tao. Ito ay lumalaki at bumababa nang mabilis kapag inilapat ang anumang voltage. Ito ay karaniwang ginagamit sa vacuum cleaner.

Piezo Buzzer

Ang buzzer ay anumang bagay na nagbibigay ng tunog. Ito ay driven ng oscillating electronic circuit. Ang piezoelectric element ay maaaring driven ng oscillating electronic circuit o iba pang audio signal source, driven ng piezoelectric audio amplifier. Ang blick, ring, o beep ay karaniwang ginagamit na tunog upang ipakita na isinadya ang isang button.

Ang piezoelectric buzzer (o piezoelectric beeper) ay depende sa acoustic cavity resonance (o Helmholtz resonance) upang makapagtayo ng audible beep.

Pagpipili ng Mga Adhikain ng Piezoelectric Transducer