Transduser Piezoelektriko: mga Application at Prinsipyo ng Paggana

Ano ang Piezoelectric Transducer

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

Ang transducer ay maaaring anumang bagay na nagkoconvert ng isang anyo ng enerhiya sa iba pang anyo. Ang piezoelectric materyal ay isang uri ng transducer. Kapag inaplayan natin ang piezoelectric materyal o inilapat anumang lakas o presyon, ang transducer ay konberti ang enerhiyang ito sa voltage. Ang voltage na ito ay isang function ng lakas o presyon na inilapat dito.

Ang elektrikong voltage na ginawa ng piezoelectric transducer ay maaaring madaling sukatin gamit ang mga instrumento para sa pagsukat ng voltage. Dahil ang voltage na ito ay isang function ng lakas o presyon na inilapat dito, maaari nating alamin kung ano ang lakas/presyon sa pamamagitan ng pagbasa ng voltage. Sa ganitong paraan, ang mga pisikal na dami tulad ng mekanikal na stress o lakas ay maaaring sukatin direktang gamit ang piezoelectric transducer.

Piezoelectric Actuator

Ang piezoelectric actuator ay gumagana sa kabaligtaran ng piezoelectric sensor. Ito ang isa kung saan ang electric effect ay magdudulot ng deformasyon sa materyal, i.e., mahahaba o magiging medyo buntot.

Ibig sabihin, sa piezoelectric sensor, kapag inilapat ang lakas upang mahaba o bumuntot ito, isang electric potential ang ginagawa at sa kabaligtaran, kapag inilapat ang electric potential sa piezoelectric actuator, ito ay deformed, i.e., mahahaba o bumuntot.

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

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

Kapag walang stressed quartz, walang charges na induksyon dito. Sa kaso ng compressive stress, ang positibong charges ay induksyon sa isang bahagi at ang negatibong charges ay induksyon 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 direksyon 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 nagmula sa Greek word na piezen, na nangangahulugang apitin o pindutin. Ang piezoelectric effect ay nagsasaad na kapag inilapat ang mechanical stress o forces 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 ginawa ay proporsyonal 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 dito, sila ay nagbabago ng dimensyon kasama ang tiyak na plane, i.e., ang quartz crystal structure ay inilagay sa electric field, ito ay magdeform ang quartz crystal sa halaga na proporsyonal sa lakas ng electric field. Kung ilagay ang parehong structure sa electric field na may baliktad na direksyon, ang deformation ay magiging kabaligtaran.

Ang quartz crystal ay naging mas mahaba dahil sa electric field na inilapat

Ang quartz crystal ay naging mas maikli 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 ginawa ng piezoelectric transducer ay linearly varied sa applied stress o force.

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 paggawa at pagdetect 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 Mga Materyal na Piezoelectric

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

1. Sa mga mikropono, ang sound pressure ay inililipat sa isang electric signal at ang signal na ito ay huli ay amplipike upang lumikha ng mas malakas na tunog.

2. Ang seat belts ng sasakyan ay nakakalock sa tugon sa isang mabilis na pagbabawas ng bilis ay ginagawa din gamit ang materyal na piezoelectric.

3. Ito ay ginagamit din sa medical diagnostics.

4. Ito ay ginagamit sa electric lighter na ginagamit sa mga kusina. Ang presyon na ginawa sa piezoelectric sensor ay lumilikha ng electric signal na huli ay nagdudulot ng flash na sumunog.

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 ay ginagamit din sa mga restaurant o airport kung saan kapag lumapit ang tao sa pinto at ang pinto ay bukas nang automatic. Sa kung saan, ang concept na ginagamit ay kapag may tao na malapit sa pinto, ang presyon ay inilapat ng bigat ng tao sa mga sensor dahil dito, ang electric effect ay ginawa at ang pinto ay bukas nang 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 naglalabas ng mga frequency na nasa itaas ng kaya mong marinig ng human ear. Ito ay lumalaki at lumiliit nang mabilis kapag inilapat ang anumang voltage. Ito ay karaniwang ginagamit sa vacuum cleaner.

Piezo Buzzer

Ang buzzer ay anumang bagay na naglalabas ng tunog. Ito ay pinapatakbo ng oscillating electronic circuit. Ang isang piezoelectric element ay maaaring pinapatakbo ng isang oscillating electronic circuit o iba pang audio signal source, pinapatakbo ng isang piezoelectric audio amplifier. Ang blick, ring, o beep ay karaniwang gamit na tunog upang ipahiwatig na isinapindot ang button.

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

Piezoelectric Transducer Advantages

Tipid