Piezoelektroa Transdutoro: Aplikoj & Funkcioprinicipo

Kio estas Piezoelektra Transdutoro

Piezoelektra transdutoro (ankaŭ konata kiel piezoelektra sensoro) estas aparato, kiu uzas la piezoelektran efekton por mezuri ŝanĝojn en akcelero, premo, streĉo, temperaturo aŭ forto per konvertado de tiu energio al elektra ŝarĝo.

Transdutoro povas esti ĉio, kio konvertas unu formon de energio al alia. La piezoelektra materialo estas speco de transdutoro. Kiam ni premas tiun piezoelektran materialon aŭ aplikas iun forton aŭ premon, la transdutoro konvertas tiun energion al voltajo. Tiu voltajo estas funkcio de la forto aŭ premo aplikita al ĝi.

La elektra voltajo produktita de piezoelektra transdutoro povas facile esti mezurata per instrumentoj por mezuri voltajon. Ĉar tiu voltajo estos funkcio de la forto aŭ premo aplikita al ĝi, ni povas dedukti, kio estis la forto/premo per la voltajmezuro. En tia maniero, fizikaj kvantoj kiel mekanika streĉo aŭ forto povas esti direktmezureblaj per uzo de piezoelektra transdutoro.

Piezoelektra Aktuatoro

Piezoelektra aktuatoro agas inverse al piezoelektra sensoro. Ĝi estas tia, en kiu la elektra efekto kaŭzos, ke la materialo deformiĝos, nome etendiĝos aŭ pliigosi.

Tio signifas, ke en piezoelektra sensoro, kiam forto estas aplikita por etendiĝi aŭ pliigi, elektra potencialo estas generata, kaj inverse, kiam sur piezoelektra aktuatoro elektra potencialo estas aplikita, ĝi deformiĝas, nome etendiĝas aŭ pliigosi.

Piezoelektra transdutoro konsistas el kristalo de kvarco, kiun oni faras el silicio kaj oksigeno aranĝitaj en kristala strukturo (SiO2). Ĝenerale, la unueca celo (bazaj ripetaj unuoj) de ĉiuj kristaloj estas simetriaj, sed ne en piezoelektra kristalo de kvarco. Piezoelektraj kristaloj estas elektricneŭtralaj.

La atomoj ene de ili povas ne esti simetrie aranĝitaj, sed iliaj elektraj ŝarĝoj estas ekvilibritaj, tio signifas, pozitivaj ŝarĝoj nuligas negativajn ŝarĝojn. La kristalo de kvarco havas la unikan propraĵon generi elektran polaron, kiam mekanika streĉo estas aplikita al ĝi laŭ certa ebeno. Bazike, estas du tipoj de streĉo. Unu estas kompresia streĉo, kaj la alia estas tensila streĉo.

Kiam estas neniu streĉita kvarco, neniu ŝarĝo induktiĝas. En la okazo de kompresia streĉo, pozitivaj ŝarĝoj induktiĝas unuflanke, kaj negativaj ŝarĝoj induktiĝas en la kontraŭa flanko. La grandeco de la kristalo iĝas pli duna kaj pli longa pro kompresia streĉo. En la okazo de tensila streĉo, la ŝarĝoj induktiĝas inverse kompare al kompresia streĉo, kaj la kristalo de kvarco iĝas pli mallonga kaj pli dika.

Piezoelektra transdutoro bazatas sin sur la principo de la piezoelektra efekto. La vorto piezoelektra deriviĝas el la greka vorto piezen, kiu signifas premi. La piezoelektra efekto statas, ke kiam mekanika streĉo aŭ forto estas aplikita al kristalo de kvarco, ĝi produktas elektrajn ŝarĝojn sur la surfaco de la kristalo de kvarco. La piezoelektra efekto estas malkovrita de Pierre kaj Jacques Curie. La rapido de la ŝarĝo produkta estos proporcia al la rapido de ŝanĝo de mekanika streĉo aplikita al ĝi. Pli alta estos la streĉo, pli alta estos la voltajo.

Unu el la unikaj karakterizoj de la piezoelektra efekto estas, ke ĝi estas inversigebla, tio signifas, ke kiam voltajo estas aplikita al ili, ili tendencas ŝanĝi sian grandon laŭ certa ebeno, nome se la strukturo de kristalo de kvarco estas metita en elektran kampon, ĝi deformos la kristalon de kvarco proporcie al la forto de la elektra kampo. Se la sama strukturo estas metita en elektran kampon kun la direkto de la kampo inversigita, la deformo estos inversa.

Kristalo de kvarco iĝas pli longa pro la elektra kampo aplikita

Kristalo de kvarco iĝas pli mallonga pro la elektra kampo aplikita en inversa direkto.
Ĝi estas memgeneranta transdutoro. Ĝi ne bezonas elektran voltajon por operacio. La elektra voltajo produktita de piezoelektra transdutoro linie variiĝas laŭ aplika streĉo aŭ forto.

La piezoelektra transdutoro havas altan sensibilecon. Do, ĝi agas kiel sensoro kaj estas uzata en akcelometro pro sia bonega frekvenco de respondo. La piezoelektra efekto estas uzata en multaj aplikoj, kiuj implikas produktion kaj detektadon de sono, elektronikan generadon de frekvenco. Ĝi agas kiel ignito fonto por cigareda flamigilo kaj estas uzata en sonaro, mikrofono, forto, premo, kaj mezurado de dislokado.

Apliko de Piezoelektraj Materialoj

Uzante piezoelektrajn materialojn, piezoelektraj transdutoroj povas esti uzataj en diversaj aplikoj, inkluzive:

1. En mikrofonoj, la sono-premo estas konvertita al elektra signalo, kiu fine estas amplifikita por produti pli fortan sonon.

2. Automobilaj seĝcintoj blokiĝas respondante al rapidega deceleracio ankaŭ estas farita uzante piezoelektran materialon.

3. Ĝi ankaŭ estas uzata en medicinaj diagnozoj.

4. Ĝi estas uzata en elektra flamigilo uzata en kuirejoj. La premo farita sur piezoelektran sensoron kreus elektran signalon, kiu fine kaŭzas la flamenon bruli.

5. Ili estas uzataj por studi rapidajn ŝokondulojn kaj eksplodoondulojn.

6. Uzita en fertilita trakto.

7. Uzita en inkjet-printiloj.

8. Ĝi ankaŭ estas uzata en restoracioj aŭ aeroportoj, kie kiam persono staras proksime de la pordo, la pordo malfermiĝas aŭtomate. En tio, la koncepto uzita estas, ke kiam persono estas proksime de la pordo, premo estas aplikita pro la pezo de la persono sur la sensoroj, pro kio la elektra efekto estas produktita kaj la pordo malfermiĝas aŭtomate.

Ekzemploj de Piezoelektraj Materialoj

La materialoj estas :

1. Bario Titanato.

2. Plumbo zirkonato titanato (PZT).

3. Rochello salo.

Piezoelektra Ultrasona Transdutoro

Ĝi produktas frekvencojn, kiuj estas multe pli altaj ol tiuj, kiujn la homa orelo povas aŭdi. Ĝi rapide etendiĝas kaj kontraktiĝas, kiam ĝi estas submetita al iu voltajo. Ĝi estas tipa uzata en aspiriloj.

Piezoelektra Buzilo

Buzilo estas io, kio produktas sonon. Ili estas drivitaj per oscilanta elektronika cirkvo. Piezoelektra elemento povas esti drivita per oscilanta elektronika cirkvo aŭ alia audio-signalo fonto, drivita per piezoelektra audio-amplifilo. Blinko, ringo, aŭ beep estas komune uzitaj sonoj por indiki, ke butono estas premata.

Piezoelektra buzilo (aŭ piezoelektra beeper) dependas de akustika kavrezono (aŭ Helmholtz rezono) por produkti aŭdan beep.

Piezoelektra Transdutoro Avantaĝoj