Pietsosensorin ultraäänietäisyysmittausanturi

Ultraäänellä tarkoitetaan ääniaaltoja, joiden taajuudet ovat yli 20 kHz ja se on eräänlainen mekaaninen aalto. Koska sillä on hyvä suuntaavuus ja ympäristönsietokyky, pietsorengassähköanturia käytetään vääntömomentin mittaustekniikassa. Ultraäänietäisyysmittaus on kosketukseton etäisyysmittaustekniikka. Päämenetelmät ovat pulssimenetelmä, vaihemenetelmä ja taajuusmuunnosmenetelmä. Ultraäänietäisyysmittauksessa käytetään pääasiassa pulssimenetelmää. Pulssimenetelmä pietsosoundi PZT-materiaalit laskevat suoraan etäisyysarvon mittaamalla ajan, jonka kantoaaltopulssisignaali kulkee edestakaisin mitattavan matkan yli. Sen kaava on D = V t2D /2 missä D on mitattava etäisyysarvo elektroninen pietsokeraaminen levykide ; V on kantoaineen etenemisnopeus ilmassa; t2D on operaattorin edestakaisen matka-aika. Pulssimenetelmän etäisyyden tarkkuuteen vaikuttaa tarkkuus pietsosfäärianturi , ja ajan tarkkuuteen vaikuttaa värähtelytaajuus. Jos kantoaaltoina käytetään ultraääniaaltoja ja vaadittu etäisyystarkkuus ΔD ≤ 1 cm, niin vaadittu aikamittaustarkkuus on Δt ≤ 5,9 × 10-5 s, eli niin kauan kuin värähtelytaajuus saavuttaa 1,7×104 Hz, se on erittäin helppoa. Pietsosähköiset ultraäänianturit on valmistettu käyttämällä pietsosähköistä vaikutusta pietsosähköisistä antureista. Polarisoitu pietsosähköinen materiaali käy läpi mekaanista muodonmuutosta käytetyn sähkökentän alaisena. Tätä kutsutaan käänteispietsosähköiseksi efektiksi. Päinvastoin, pietsosähköisen materiaalin mekaaninen muodonmuutos synnyttää myös jännitteen. Tätä kutsutaan positiiviseksi pietsosähköiseksi efektiksi. Käyttämällä käänteistä pietsosähköistä vaikutusta, korkeataajuisia jännitteitä pietsoenergian talteenotto voidaan muuntaa korkeataajuisiksi mekaanisiksi värähtelyiksi ultraääniaaltojen tuottamiseksi; positiivisia ultraäänivärähtelyjä voidaan käyttää myös vastaanotettujen ultraäänivärähtelyjen muuntamiseen sähköisiksi signaaleiksi. Näin ultraäänianturi toimii. Pietsosähköiset ultraäänianturit voidaan nähdä neljän terminaalin verkkoina, joissa on sähköiset ja mekaaniset päät.