کاربرد سنسورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک

1. سنسور نیروی پیزوالکتریک

سنسور نیروی پیزوالکتریک a سنسور اولتراسونیک صنعتی که از عناصر پیزوالکتریک برای تحقق مستقیم تبدیل نیرو به الکتریسیته استفاده می کند. در کاربردهای کششی و فشاری، معمولاً از دو یا چند کریستال پیزو کوارتز به عنوان عناصر پیزوالکتریک استفاده می شود. سفتی، محدوده اندازه گیری گسترده، خطی بودن و پایداری بالا و ویژگی های دینامیکی خوب. هنگامی که یک تقویت کننده شارژ با ثابت زمانی زیاد استفاده می شود، نیروی شبه استاتیک را می توان اندازه گیری کرد. با توجه به وضعیت اندازه گیری نیرو، سنسورهای یک طرفه، دو طرفه و سه جهته وجود دارد و اساساً از نظر ساختار یکسان هستند.

2. سنسور شتاب پیزوالکتریک

عنصر پیزو به طور کلی از دو ورق پیزوالکتریک تشکیل شده است. صفحه پیزو از لایه نقره بر روی دو سطح ورق پیزوالکتریک و سرب خروجی را روی لایه نقره جوش دهید یا یک قطعه فلز را بین دو ورق پیزوالکتریک گیره دهید، سرب به ورق فلزی جوش داده می شود و سرب دیگر انتهای خروجی مستقیماً به پایه سنسور اولتراسونیک متصل می شود. یک جرم با وزن مخصوص بزرگتر را روی ورق پیزوالکتریک قرار دهید و سپس از فنر، پیچ یا مهره سخت برای بارگذاری مجدد جرم استفاده کنید. کل مجموعه در یک پوسته فلزی با پایه ضخیم نصب شده است. به منظور جداسازی هر گونه فشار قطعه آزمایش از انتقال به عنصر پیزوالکتریک و جلوگیری از خروجی سیگنال کاذب، به طور کلی لازم است که پایه ضخیم شود یا ماده ای با سفتی بیشتر انتخاب شود. 

در حال حاضر مواد زیادی برای ساخت حسگرهای اولتراسونیک پیزوالکتریک وجود دارد که می توان آنها را به دو دسته تقسیم کرد قطعات سنسور اولتراسونیک کریستال، مواد پلی کریستالی پیزوالکتریک و مواد پیزوالکتریک آلی. متداول ترین سنسورهای پیزوالکتریک، انواع سرامیک های پیزوالکتریک متعلق به پلی کریستال های پیزوالکتریک و کریستال های کوارتز در تک کریستال های پیزوالکتریک هستند. سایر تک کریستال های پیزوالکتریک شامل لیتیوم نیوبات، لیتیوم تانتالات، لیتیوم گالات و بیسموت ژرمنات مناسب برای محیط های پرتوهای با دمای بالا هستند.

سیستم های دقیق مقیاس بزرگ امروزی بسیار نگران کیفیت و اندازه هستند و سنسورهای پیزوالکتریک در مقیاس بزرگ سنتی به تدریج بازار خود را از دست خواهند داد. با توسعه مواد جدید و فناوری های پردازش جدید، حسگرهای شتاب سیلیکونی ساخته شده از فناوری های مختلف ریزپردازش مانند لیزر به دلیل اندازه کوچک، قابلیت تعویض و قابلیت اطمینان، به تدریج جایگزین سنسورهای سنتی شتاب سیلیکونی می شوند. برای سنسور اولتراسونیک پیزوالکتریک، عملکرد سنسور پیزوالکتریک از عملکرد سنتی شکسته شده است. خروجی آن دیگر یک سیگنال آنالوگ منفرد نیست، بلکه یک سیگنال دیجیتال است که توسط یک میکرو کامپیوتر پردازش می شود. برخی از سنسورهای پیزوالکتریک مانند یکپارچه سنسور اولتراسونیک برای اندازه گیری فاصله عملکرد کنترل خود را دارد، یعنی سنسور دیجیتال، این روند بهترین توسعه است.