خاصیت پیزوالکتریک یک خاصیت دو طرفه می‌باشد به این معنا که با اعمال میدان الکتریکی به ماده‌ی پیزوالکتریک،می توان  باعث تغییر شکل ساختار ماده و در نتیجه تولید حرکت شد، همچنین با اعمال نیرو روی آن، باعث ایجاد ولتاژ می‌گردد. لذا از این خاصیت مواد پیزوالکتریک در ساخت عملگرها و سنسورها استفاده می‌شود. با قابلیت های گفته شده پیزوالکتریک ها می توانندبه عنوان سنسور و یا عملگر مورد استفاده قرار گیرند.

سنسورهای پیزوالکتریک، سیستم‌های الکترومکانیکی هستند که به تنش واکنش نشان می‌دهند. اینگونه سنسورها نیروهای اعمالی و کرنش‌های مکانیکی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. سپس این سیگنال بوسیله‌ی یک مدار الکترونیکی تقویت شده و آماده‌ی نمایش می‌گردد.

سنسورهای پیزوالکتریک برای محاسبه‌ی فشار دینامیکی، نیرو، کرنش، شتاب مورد استفاده قرار می‌گیرد. از سنسورهای پیزوالکتریک در کاربردهای متنوعی مانند صنایع نفت و گاز جهت بررسی ارتعاشات، هوافضا، تجهیزات هسته‌ای ، سنسورهای فشاری در صفحات لمسی موبایل، صنایع اتومبیل و  همچنین از المان‌های پیزوالکتریک در احتراق (موتورهای احتراق داخلی) استفاده می‌شود.

سنسورهای پیزوالکتریک دارای فرکانس طبیعی بسیار بالایی می‌باشند و در بازه‌ی دامنه‌ی وسیعی خطی است. همچنین تکنولوژی پیزوالکتریک به میدان الکترومغناطیسی و تابش حساس نیستند و در شرایط سخت قادر به اندازه‌گیری می‌باشند. موادی که در ساخت اینگونه سنسورها استفاده می‌شود، در دماهای بالا بسیار پایدار هستند.

سنسورهای پیزوالکتریک از نوع سنسورهای خودتحریک هستند و برای کار به هیچ منبع تغذیه‌ای احتیاج ندارند.

پیزو الکتریک

دسته بندی سنسورهای پیزوالکتریک

اجسام پیزو الکترونیک که سنسورهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند به دو دسته تقسیم می‌شوند. دسته اول که بیشتر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد اجسام تک بلوره هستند مانند کوارتز علی‌رغم اینکه این مواد دارای طول عمر زیادی هستند یعنی مدت زمان زیادی حساس باقی می‌مانند و خاصیت پیزویی خود را حفظ می‌کنند اما حساسیت کمی نسبت به نوع دوم (سرامیک ها) دارند. سرامیک‌ها علاوه بر اینکه حساسیت بیشتری دارند ارزان تر نیز هستند.

از آنجا که در سنسورهای پیزو الکترونیک سیگنال الکتریکی تولید شده دارای ولتاژ بسیار پایین می‌باشد و مقاومت خروجی نیز بسیار زیاد است باید سیگنال تولید شده را تقویت و هم چنین مقاومت خروجی را کاهش داد (با مبدل امپدانس). در گذشته این مشکل را با استفاده از یک تقویت کننده و مبدل امپدانسی جداگانه حل می‌کردند. مشکل این روش این است که نویز بسیار زیادی در سیستم به وجود می آید و هم چنین پیاده سازی این روش محدودیت‌های محیطی و فیزیکی بسیاری را نیز به وجود می آورد. امروزه آی سی‌هایی برای تقویت و تبدیل امپدانس وجود دارند که به صورت تجاری تولید شده و داخل خود سنسور نصب می گردند.

 

پیزو الکتریک

مزایای سنسورهای پیزوالکتریک

  • خود تحریک و بی نیاز به منبع انرژی خارجی
  • اجزا بدون حرکت و سایش
  • فشرده و کم حجم
  • دارای حساسیت بالا
  • عموما دارایlinearity  قابل قبول
  • پهنای باند بالا و عمل کردن در فرکانس های بسیار بالا
  • دارای محدوده ي فركانسی وسيع و با قابليت اندازه گيری فركانسهای بالا
  • قابليت دسترسی به مدلهای مختلف جهت استفاده های مختلف
  • تغییر حساسیت با تغییر دما