Applicazioni dei sensori ultrasonici piezoelettrici

1. Sensore di forza piezoelettrico

Il sensore di forza piezoelettrico è a sensore a ultrasuoni industriale che utilizza elementi piezoelettrici per realizzare direttamente la conversione forza-elettricità. Nelle applicazioni di tensione e compressione, due o più cristalli di quarzo piezoelettrici vengono solitamente utilizzati come elementi piezoelettrici. La sua rigidità, ampio campo di misura, elevata linearità e stabilità e buone caratteristiche dinamiche. Quando si utilizza un amplificatore di carica con una costante di tempo elevata, è possibile misurare la forza quasi statica. A seconda dello stato di misurazione della forza, esistono sensori unidirezionali, bidirezionali e tridirezionali e hanno sostanzialmente la stessa struttura.

2. Sensore di accelerazione piezoelettrico

L'elemento piezoelettrico è generalmente composto da due fogli piezoelettrici. Piastra piezoelettrica di strato d'argento sulle due superfici del foglio piezoelettrico e saldare il cavo di uscita sullo strato d'argento o fissare un pezzo di metallo tra i due fogli piezoelettrici, il cavo è saldato alla lamiera e l'altro cavo dell'estremità di uscita è collegato direttamente alla base del sensore a ultrasuoni. Posizionare una massa con un peso specifico maggiore sul foglio piezoelettrico, quindi utilizzare una molla dura, un bullone o un dado per precaricare la massa. L'intero assieme è installato in un guscio metallico con una base spessa. Per isolare eventuali deformazioni del provino dalla trasmissione all'elemento piezoelettrico ed evitare falsi segnali in uscita, è generalmente necessario ispessire la base o scegliere un materiale con maggiore rigidità. 

Attualmente esistono molti materiali per realizzare sensori a ultrasuoni piezoelettrici, che possono essere suddivisi in parti di sensori ad ultrasuoni cristalli, materiali piezoelettrici policristallini e organici piezoelettrici. I sensori piezoelettrici più comunemente utilizzati sono vari tipi di ceramiche piezoelettriche appartenenti ai policristalli piezoelettrici e ai cristalli di quarzo nei monocristalli piezoelettrici. Altri cristalli singoli piezoelettrici includono niobato di litio, tantalato di litio, gallato di litio e germanato di bismuto adatti per ambienti con radiazioni ad alta temperatura.

Gli odierni sistemi di precisione su larga scala sono molto preoccupati per la qualità e le dimensioni, e i tradizionali sensori piezoelettrici su larga scala perderanno gradualmente il loro mercato. Con lo sviluppo di nuovi materiali e nuove tecnologie di lavorazione, i sensori di accelerazione al silicio realizzati con varie tecnologie di microelaborazione come i laser stanno gradualmente sostituendo i tradizionali sensori di accelerazione al silicio grazie alle loro dimensioni ridotte, intercambiabilità e affidabilità. Per il sensore a ultrasuoni piezoelettrico, la funzione del sensore piezoelettrico ha superato la funzione tradizionale. La sua uscita non è più un singolo segnale analogico, ma un segnale digitale elaborato da un microcomputer. Alcuni sensori piezoelettrici come integrati il sensore a ultrasuoni per la misurazione della distanza ha una propria funzione di controllo, ovvero un sensore digitale, questa è una tendenza del miglior sviluppo.