Transductor piezoeléctrico: Aplicacións e principio de funcionamento
Que é un transductor piezoeléctrico
Un transductor piezoeléctrico (tamén coñecido como sensor piezoeléctrico) é un dispositivo que utiliza o efecto piezoeléctrico para medir cambios na aceleración, presión, deformación, temperatura ou forza, convertindo esta enerxía nunha carga eléctrica.
Un transductor pode ser calquera cousa que converte unha forma de enerxía noutra. O material piezoeléctrico é un tipo de transductor. Cando apertamos este material piezoeléctrico ou aplicamos calquera forza ou presión, o transductor converte esta enerxía en voltaxe. Esta voltaxe é unha función da forza ou presión aplicada.
O voltaxe eléctrico producido por un transductor piezoeléctrico pode medirse facilmente con instrumentos de medida de voltaxe. Como este voltaxe será unha función da forza ou presión aplicada, podemos inferir a forza/presión a partir da lectura do voltaje. De esta maneira, cantidades físicas como o estrés mecánico ou a forza poden medirse directamente usando un transductor piezoeléctrico.
Actuador piezoeléctrico
Un actuador piezoeléctrico comportase de maneira inversa ao sensor piezoeléctrico. É aquel no que o efecto eléctrico causará que o material se deforme, estire ou dobren.
Isto significa que nun sensor piezoeléctrico, cando se aplica forza para estirar ou doblar, xérase un potencial eléctrico e, ao contrario, nun actuador piezoeléctrico, cando se aplica un potencial eléctrico, deforma, estirá ou dobrará.
Un transductor piezoeléctrico consiste en cristal de cuarzo feito de silicio e oxixe dispostos nunha estrutura cristalina (SiO2). Xeralmente, a célula unitaria (unidade básica repetitiva) de todos os cristais é simétrica, pero no caso do cristal de cuarzo piezoeléctrico, non o é. Os cristais piezoeléctricos son electricamente neutros.
Os átomos dentro deles poden non estar dispostos simetricamente, pero as súas cargas eléctricas están equilibradas, o que significa que as cargas positivas cancelan as cargas negativas. O cristal de cuarzo ten a propiedade única de xerar polaridade eléctrica cando se aplica estrés mecánico a lo largo dun determinado plano. Basicamente, hai dous tipos de estrés. Un é o estrés compresivo e o outro é o estrés tensile.
Cando hai cuarzo sen estrés, non se inducen cargas neles. No caso de estrés compresivo, as cargas positivas inducense nun lado e as cargas negativas no lado oposto. O tamaño do cristal fíxase máis fino e longo debido ao estrés compresivo. No caso de estrés tensile, as cargas inducense de xeito inverso comparado co estrés compresivo e o cristal de cuarzo fíxase máis curto e gordo.
Un transductor piezoeléctrico basease no principio do efecto piezoeléctrico. A palabra piezoeléctrico deriva da palabra grega piezen, que significa apertar ou premer. O efecto piezoeléctrico establece que cando se aplica estrés mecánico ou forzas a un cristal de cuarzo, prodúcese cargas eléctricas na superficie do cristal de cuarzo. O efecto piezoeléctrico foi descuberto por Pierre e Jacques Curie. A taxa de carga producida será proporcional á taxa de cambio do estrés mecánico aplicado. Máis alto será o estrés, máis alto será o voltaxe.
Unha das características únicas do efecto piezoeléctrico é que é reversible, o que significa que cando se aplica voltaxe a eles, tenden a cambiar a súa dimensión a lo largo dun determinado plano, é dicir, a estrutura do cristal de cuarzo colócase nun campo eléctrico, deformará o cristal de cuarzo nunha cantidade proporcional á forza do campo eléctrico. Se a mesma estrutura colócase nun campo eléctrico coa dirección do campo invertida, a deformación será a oposta.
O cristal de cuarzo fíxase máis longo debido ao campo eléctrico aplicado
O cristal de cuarzo fíxase máis curto debido ao campo eléctrico aplicado en dirección inversa. É un transductor autogenerador. Non require unha fonte de voltaxe eléctrica para a súa operación. O voltaxe eléctrico producido polo transductor piezoeléctrico varía linearmente co estrés ou forza aplicados.
O transductor piezoeléctrico ten alta sensibilidade. Polo tanto, actúa como sensor e empregase en acelerómetros debido á súa excelente resposta de frecuencia. O efecto piezoeléctrico empregase en moitas aplicacións que implican a produción e detección de son, xeración de frecuencia electrónica. Actúa como fonte de ignición para encendedores de cigarros e empregase en sonar, micrófonos, medición de forza, presión e desprazamento.
Aplicacións dos materiais piezoeléctricos
Usando materiais piezoeléctricos, os transductores piezoeléctricos poden usarse en unha variedade de aplicacións, incluíndo:
Nós microfóns, a presión sonora convértese nunha señal eléctrica e esta señal amplifícase finalmente para producir un son máis forte.
As correas de seguridade dos automóbiles bloqueanse en resposta a unha deceleración rápida tamén se fai usando un material piezoeléctrico.
Tamén se usa en diagnósticos médicos.
Úsase en lume eléctrico usado nas cocinas. A presión feita no sensor piezoeléctrico crea unha señal eléctrica que finalmente provoca que o flash se incendeie.
Úsanse para estudar ondas de choque de alta velocidade e ondas de explosión.
Úsase no tratamento da infertilidade.
Úsase en impresoras de chorro de tinta
Tamén se usa en restaurantes ou aeroportos onde cando unha persoa se aproxima á porta e a porta abre automaticamente. Nisto, o concepto usado é que cando unha persoa está preto da porta, a presión exercese sobre os sensores debido ao peso da persoa, o que provoca o efecto eléctrico e a porta abre automaticamente.
Exemplos de material piezoeléctrico
Os materiais son:
Titanato de bario.
Titanato zirconato de plomo (PZT).
Sal de Rochelle.
Transductor ultrasonico piezoeléctrico
Produce frecuencias que están moi por encima daquelas que poden escoitar o oído humano. Expándese e contrae rapidamente cando se subxe a calquera voltaxe. Xeralmente úsase en aspiradores.
Buzón piezoeléctrico
Un buzón é calquera cousa que produce son. Son impulsados por un circuito electrónico oscilante. Un elemento piezoeléctrico pode ser impulsado por un circuito electrónico oscilante ou outra fonte de sinal de audio, impulsado cun amplificador de audio piezoeléctrico. Un pitido, un zumbido ou un beep son comúnmente usados para indicar que se premiu un botón.
Un buzón piezoeléctrico (ou beeper piezoeléctrico) depende da resonancia da cavidade acústica (ou resonancia de Helmholtz) para producir un beep audible.
Vantaxes do transductor piezoeléctrico
As vantaxes dos transductores piezoeléctricos son:
