Primjena piezoelektričnih ultrazvučnih senzora

1. Piezoelektrični senzor sile

Piezoelektrični senzor sile je a industrijski ultrazvučni senzor koji koristi piezoelektrične elemente za izravnu realizaciju pretvorbe sile u elektricitet. U primjenama napetosti i kompresije, dva ili više piezo kvarcnih kristala obično se koriste kao piezoelektrični elementi. Njegova krutost, širok mjerni raspon, visoka linearnost i stabilnost te dobre dinamičke karakteristike. Kada se koristi pojačivač naboja s velikom vremenskom konstantom, može se izmjeriti kvazistatička sila. Prema statusu mjerenja sile razlikuju se jednosmjerni, dvosmjerni i trosmjerni senzori, a po strukturi su u osnovi isti.

2. Piezoelektrični senzor ubrzanja

Piezo element se općenito sastoji od dva piezoelektrična lista. Piezo ploča od srebrnog sloja na dvije površine piezoelektričnog lima i zavarite izlazni vod na srebrni sloj ili stegnite komad metala između dva piezoelektrična lima, provodnik je zavaren na metalni lim, a drugi vod izlaznog kraja izravno je povezan s bazom ultrazvučnog senzora. Stavite masu veće specifične težine na piezoelektrični lim, a zatim upotrijebite tvrdu oprugu, vijak ili maticu za prednaprezanje mase. Cijeli je sklop ugrađen u metalnu školjku s debelom bazom. Kako bi se izoliralo bilo kakvo naprezanje ispitnog komada od prijenosa na piezoelektrični element i izbjegao izlaz lažnog signala, općenito je potrebno podebljati bazu ili odabrati materijal veće krutosti. 

Trenutno postoji mnogo materijala za izradu piezoelektričnih ultrazvučnih senzora, koji se mogu podijeliti na kristalni dijelovi ultrazvučnog senzora , piezoelektrični polikristalni i organski piezoelektrični materijali. Najčešće korišteni piezoelektrični senzori su razne vrste piezoelektričnih keramika koje pripadaju piezoelektričnim polikristalima i kvarcni kristali u piezoelektričnim monokristalima. Ostali piezoelektrični monokristali uključuju litij niobat, litij tantalat, litij galat i bizmut germanat koji su pogodni za okruženja zračenja visoke temperature.

Današnji precizni sustavi velikih razmjera vrlo su zabrinuti za kvalitetu i veličinu, a tradicionalni piezoelektrični senzori velikih razmjera postupno će izgubiti svoje tržište. S razvojem novih materijala i novih tehnologija obrade, silikonski senzori ubrzanja izrađeni od različitih tehnologija mikroprocesiranja kao što su laseri postupno zamjenjuju tradicionalne silikonske senzore ubrzanja zbog svoje male veličine, zamjenjivosti i pouzdanosti. Za piezoelektrični ultrazvučni senzor, funkcija piezoelektričnog senzora probila je tradicionalnu funkciju. Njegov izlaz više nije jedan analogni signal, već digitalni signal koji obrađuje mikroračunalo. Neki piezoelektrični senzori kao što su integrirani ultrazvučni senzor za mjerenje udaljenosti ima vlastitu funkciju upravljanja, odnosno digitalni senzor, to je trend najboljeg razvoja.