Prinsip dasar sensor keramik piezoelektrik

Sensor keramik piezoelektrik merupakan sensor ultrasonik yang dibuat dengan menggunakan efek piezoelektrik yang dihasilkan oleh dielektrik tertentu. Apa yang disebut efek piezoelektrik mengacu pada fenomena dielektrik tertentu yang mengalami deformasi (termasuk deformasi lentur dan regangan) akibat polarisasi muatan internal ketika dielektrik tersebut diubah bentuknya oleh gaya eksternal ke arah tertentu. Bahan piezoelektrik dapat dibagi menjadi bahan piezoelektrik kristal tunggal, polikristalin piezoelektrik, dan bahan piezoelektrik organik.

Transduser keramik piezoelektrik yang paling umum digunakan adalah berbagai jenis keramik piezoelektrik yang termasuk dalam polikristal piezoelektrik dan kristal kuarsa dalam kristal tunggal piezoelektrik. Kristal tunggal piezoelektrik lainnya termasuk litium niobat, litium tantalat, litium galat, dan bismut jermanat yang cocok untuk lingkungan radiasi suhu tinggi.

Prinsip kerja dari sensor keramik piezoelektrik terutama didasarkan pada efek piezoelektrik. Ia menggunakan komponen listrik dan mesin lain untuk mengubah tekanan yang akan diukur menjadi listrik, dan kemudian melakukan pengukuran dengan instrumen presisi seperti banyak pemancar tekanan dan sensor tekanan. Sensor keramik piezoelektrik tidak dapat digunakan dalam pengukuran statis, karena muatan setelah terkena gaya eksternal dapat dipertahankan ketika rangkaian memiliki resistansi masukan tak terbatas.

Sebenarnya sensor akustik piezo hanya dapat digunakan dalam pengukuran dinamis. Bahan piezoelektrik utamanya adalah dihidrogen fosfat, natrium kalium tartrat, dan kuarsa. Efek piezoelektrik ditemukan pada kuarsa. Ketika tegangan berubah, medan listrik hanya berubah sedikit, dan beberapa kristal piezoelektrik lainnya akan menggantikan kuarsa. Kalium natrium tartrat, memiliki koefisien piezoelektrik dan sensitivitas piezoelektrik yang besar, tetapi hanya dapat digunakan di dalam ruangan yang kelembapan dan suhunya relatif rendah.

Dihidrogen fosfat merupakan kristal buatan, dapat digunakan pada lingkungan dengan kelembaban tinggi dan suhu tinggi, sehingga penerapannya sangat luas. Dengan berkembangnya teknologi, efek piezoelektrik juga diterapkan pada polikristal. Misalnya: keramik piezoelektrik, keramik piezoelektrik asam magnesium niobate, keramik piezoelektrik seri niobate, dan keramik piezoelektrik barium titanat semuanya disertakan. Sensor efek piezoelektrik adalah tipe konversi elektromekanis dan sensor tipe generasi mandiri. Komponen sensitifnya terbuat dari bahan piezoelektrik. Ketika bahan piezoelektrik transduser silinder piezoelektrik terkena gaya eksternal, muatan akan terbentuk pada permukaannya. Muatan akan melewati penguat muatan, amplifikasi rangkaian pengukuran, dan konversi impedansi. Ini diubah menjadi keluaran daya yang sebanding dengan gaya eksternal yang diterima.