سنسورهای پیزوالکتریک چگونه کار می کنند؟
سنسورهای پیزوالکتریک در کاربردهای مختلف مانند صنعتی، پزشکی، مهندسی هوافضا و عملیات نظامی ضروری هستند. سنسورهای پیزوالکتریک همچنین در بسیاری از دستگاه‌ها و برنامه‌های روزمره، از جمله گوشی‌های هوشمند، آلات موسیقی، حسگر خودرو و نظارت بر سلامت ساختاری در هواپیماها، ساختمان‌ها و پل‌ها نقش دارند.
درک علم شگفت انگیز پشت سنسورهای پیزوالکتریک و پیزوالکتریک در کاربردهای مختلف الکتریکی و مکانیکی می تواند به شما در تعیین بهترین راه حل ها و اجزای تجاری کمک کند.
سنسور پیزوالکتریک چیست؟
سنسور پیزوالکتریک وسیله ای است که می تواند نیروهای فیزیکی مختلف از جمله فشار، ارتعاش و دما را به بارهای الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل کند. سنسورهای پیزوالکتریک در اشیاء الکترونیکی مختلف مانند جریان سنج، سنسورها، سنسورهای محدوده و زنگ‌های با صدای بلند وجود دارند.
حسگرهای پیزوالکتریک بسته به ساختاری که در آن قرار دارند اشکال مختلفی دارند. آنها از مواد سرامیکی یا کریستالی ساخته شده‌اند و کوچک، سبک وزن، بسیار حساس هستند و به راحتی در وسایل و تجهیزات مختلف نصب می‌شوند. ویژگی های آنها آنها را به دستگاه های محبوب برای کاربردهای صنعتی متعدد تبدیل می کند.
سنسورهای پیزوالکتریک در انواع مختلفی از تجهیزات روزانه وجود دارند. دستگاه های پیزوالکتریک می توانند ارتعاشات در سیستم های هشدار را تشخیص دهند و شما را در برابر مزاحمان آگاه کنند. آنها می‌توانند به پزشکان در اندازه‌گیری پالس‌ها کمک کنند، و می‌توانند به صنایعی مانند OEMهای خودرو کمک کنند تا یاتاقان‌های موتور را از نظر سایش و پارگی، پیش‌بینی خرابی احتمالی تجهیزات، نظارت کنند. سنسورهای پیزوالکتریک حتی می توانند به برداشت انرژی کمک کنند.
شرکت‌های خودروسازی و هوافضا از حسگرهای پیزوالکتریک برای کاربردهای غیر تماسی استفاده می‌کنند، زیرا آنها به اندازه کافی قوی هستند تا در محیط‌های سخت مانند دماهای بالا و فشار موتور مقاومت کنند. سنسورهای پیزوالکتریک پارامترهای فیزیکی مانند فشار، کرنش، حرکت، دما و ارتعاش را به یک بار الکتریکی تبدیل می‌کنند که می‌تواند اندازه‌گیری، پردازش و تفسیر شود.
سنسورهای پیزوالکتریک انرژی کمی دارند و مقرون به صرفه هستند. آنها به دلیل ویژگی های زیر محبوب هستند:
- خروجی ولتاژ بالا
- مقاوم و مقاوم در برابر ضربه
- مصرف برق کم
- کوچک و جمع و جور
- محدوده فرکانس وسیع
- هندسه های قابل تنظیم
- غلاف متناسب با کاربردهای سفارشی موجود و جدید
مکانیزم سنسور پیزوالکتریک
یک سنسور پیزوالکتریک هنگامی که یک نیروی فیزیکی را تحمل می کند، سیگنالی را ارسال می کند، که ممکن است فشار، فشار دادن یا تغییر دما باشد. سنسورهای پیزوالکتریک سیگنال خروجی را مستقیماً از تنش اعمال شده تولید می کنند و نیازی به ولتاژ خارجی ندارند.
اثر پیزوالکتریک فرآیندی است که خروجی سیگنال را امکان پذیر می کند. این اثر نشان می‌دهد که چگونه موادی مانند برخی از سرامیک‌های مهندسی شده، مواد مصنوعی و کریستال‌های منتخب با شکل‌گیری طبیعی، زمانی که استرس مکانیکی مانند فشردن یا هل دادن را تحمل می‌کنند، بار الکتریکی تولید می‌کنند.
در اینجا یک مثال کوتاه از نحوه عملکرد سنسور فشار پیزوالکتریک آورده شده است:
یک ماده پیزوالکتریک به یک دیافراگم فلزی متصل می شود که فشاری که باید اندازه گیری شود را حفظ می کند.
نیروی مکانیکی از طریق فشار به دیافراگم فلزی وارد می شود و کمی آن را تغییر شکل می دهد. این تنش یک بار الکتریکی در سراسر ماده پیزو ایجاد می کند.
بارهای الکتریکی حاصل را می توان به عنوان یک ولتاژ اندازه گیری کرد و متخصصان آنها را با استفاده از پردازش سیگنال پردازش می کنند. سپس متخصصان می توانند آنها را برای جمع آوری داده های مفید تفسیر کنند.
ولتاژ همچنین می تواند باعث تغییر شکل مواد پیزوالکتریک یا کوچک شدن یا انبساط کریستال شود. این تغییر شکل یا اندازه به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود. اثر پیزوالکتریک معکوس می تواند در بسیاری از کاربردهای روزانه رخ دهد و صداها و ارتعاشات با صدای بلند را ایجاد و تشخیص دهد. در کاربردهای آژیر مانند آشکارسازهای دود و کاربردهای فرکانس پایین تر مانند سونار یا تصویربرداری زیر آب مفید است.
یک نمونه کاربردی معمولی اثر پیزوالکتریک معکوس، پخش موسیقی در تلفن هوشمند شما یا انجام درمان‌های اولتراسوند درمانی توسط پزشک است. کریستال های پیزوالکتریک در بلندگوها و تجهیزات مافوق صوت هنگام اعمال ولتاژ متناوب، نوسان می کنند و امواج صوتی یا سطوح توان و فرکانس های متفاوت ایجاد می کنند.
کاربرد سنسورهای پیزوالکتریک
سنسورهای پیزوالکتریک همچنین می توانند ارتعاشات دستگاه را به دلایل مختلفی مانند تشخیص سایش در دستگاه هایی مانند موتورها اندازه گیری کنند. در اینجا چند کاربرد متداول برای سنسورهای پیزوالکتریک آورده شده است:
-
هشدارهای امنیتی
حسگرهای پیزوالکتریک مانند شتاب‌سنج‌ها در سیستم‌های هشدار بسیار حساس هستند و می‌توانند ارتعاشات ناشی از ضربه یا حرکت را تشخیص دهند و آلارم‌های امنیتی را تنظیم کنند. سنسورهای پیزوالکتریک در یک سیستم هشدار ارتعاشات مکانیکی را تشخیص می دهند و آنها را به یک بار الکتریکی در سراسر کریستال پیزو تبدیل می کنند. سنسور سیگنالی را ارسال می کند و آژیر هشدار را فعال می کند که معمولاً یک دستگاه پیزو محور است. می توانید سنسورهای پیزوالکتریک را روی درها، پنجره ها، قاب ها یا کف قرار دهید.
-
گوشی های
هوشمند
برخی از گوشی های هوشمند دارای حسگرهای لمسی پیزوالکتریک هستند که بسیار حساس هستند. نیروی فیزیکی لمس کردن یا تایپ کردن بر روی صفحه نمایش تلفن شما باعث ایجاد یک ele می شود.
بار ctric در سراسر مواد حسگر پیزوالکتریک، نشان دهنده فرمان مناسب است. دستگاه‌هایی مانند بلندگوها، لرزاننده‌ها و تجهیزات فوکوس دوربین در دستگاه‌های خاص تلفن هوشمند نیز حاوی مواد پیزو هستند.
-
آلات موسیقی
سازهایی مانند گیتار الکتریک، ویولن، پیانو و حتی میکروفون های آوازی از حسگرهای پیزوالکتریک استفاده می کنند.
همچنین می توانید از سنسورهای پیزو برای تقویت سازهایی مانند درام باس و سنج استفاده کنید. همه صداها ارتعاش هستند و هدایت این ارتعاشات به یک حسگر پیزو به سنسور امکان پردازش و تقویت صداها را می دهد.
گیتارهای الکتریک دارای یک نوار پیزوالکتریک در زیر پل هستند که لرزش سیم‌های گیتار را جذب می‌کند و به سنسور اجازه می‌دهد تا صداهای تولیدی ساز را پردازش و تقویت کند.
-
تجهیزات پزشکی
حسگرهای پیزوالکتریک در پیس میکرها، گوشی‌های پزشکی و اولتراسوند حساس هستند و به پزشکان اجازه می‌دهند تا ضربان قلب و سطح فعالیت فردی را که دارای ضربان‌ساز است، اندازه‌گیری کنند، نبض بیمار را در هنگام بیهوشی اندازه‌گیری کنند و با نظارت بر قلب جنین، ضربان قلب نوزاد را بشنوند. تجهیزات پزشکی اولتراسونیک حاوی مبدل‌های پیزوالکتریک است که امواج صوتی را ایجاد می‌کند که می‌تواند در صورت جفت شدن به پوست فرد به بدن منتقل شود.
-
ساعت های هوشمند
همچنین می توانید از سنسورهای پیزوالکتریک در ساعت های هوشمند استفاده کنید. حسگرهای پیزوالکتریک می توانند ارتعاشات ناشی از ضربان قلب و سایر حرکات را شناسایی و پردازش کنند تا تشخیص دهند که افراد چه زمانی فعال یا غیرفعال هستند. این تشخیص برای نظارت بر سلامت مفید است زیرا به پزشکان کمک می کند تا داده های مفیدی را برای سلامت بیمار به دست آورند.
افراد می توانند انرژی را از وسایل پوشیدنی مانند ساعت هوشمند، لباس و کفش برای استفاده بیشتر ذخیره کنند. این عمل به عنوان برداشت انرژی پیزوالکتریک شناخته می شود. بسیاری از تحقیقات در حال انجام در مورد برداشت انرژی پیزوالکتریک و میزان انرژی که مردم می توانند از ارتعاشات افرادی که راه می روند، می دوند و نفس می کشند، تبدیل کنند.
-
کاربردهای هوافضا
شرکت‌های هوافضا از حسگرهای فشار پیزوالکتریک در کاربردهای مختلفی مانند اندازه‌گیری تلاطم، احتراق موتور و فشارهای دینامیکی مختلف استفاده می‌کنند. فشارها و دماهای بالا که بر روی مواد پیزوالکتریک اعمال می شود، بار الکتریکی ایجاد می کند که می تواند بدون قطعات متحرک اندازه گیری شود. قابلیت اطمینان سنسور فشار پیزوالکتریک آن را برای کاربردهای مختلف هوافضا محبوب می کند.
-
حسگرهای شتاب سنج
سنسورهای شتاب سنج نوعی حسگر پیزوالکتریک هستند. صنایع مختلف مانند خودروسازی، امنیتی، نظامی و صنعتی از حسگرهای شتاب‌سنج پیزو برای اندازه‌گیری ارتعاشات، تشخیص حرکات و نظارت بر ضربان ضربه در یاتاقان‌های موتور استفاده می‌کنند. ارتش همچنین از شتاب سنج های پیزوالکتریک در عملیات های مختلف استفاده می کند. پرسنل نظامی می توانند از آنها برای اندازه گیری ارتعاشات و شوک های انفجاری و هواپیماها و سیستم های ناوبری مهمات برای اندازه گیری حرکت، شناسایی مکان های حیاتی و جمع آوری داده های عملکرد استفاده کنند.
برای حسگرهای پیزوالکتریک با کیفیت بالا با ابزار دقیق کد نامبر تماس بگیرید
سنسورهای پیزوالکتریک با کیفیت بالا و مقرون به صرفه در بسیاری از کاربردهای صنعتی مفید هستند. ما در گروه بازرگانی آدلان تجهیز و تیم فنی و فروش ابزار دقیق کد نامبر در ایجاد راه حل های پیزوالکتریک سفارشی، کار با مشتریان برای تعیین و برآوردن نیازهای دقیق آنها، آماده ی ارائه انواع خدمات فنی پشتیبانی و مشاوره و همچنین تامین و واردات کلی و جزئی معتبرترین برند های این زمینه هستیم.
برخی از معتبر ترین برند های قابل تامین:
- شینکاوا
- آلن بردلی
- بنتلی نوادا
- پپرل فوکس
- Jewell Instruments
- Wilcoxon Sensing Technologies
- Alliance Sensors Group