Cos'è un sensore piezoelettrico?

Un sensore piezoelettrico è un dispositivo che misura la pressione o la tensione mediante piezoelettricità, un fenomeno in cui alcuni materiali possono generare una corrente elettrica quando deformati.Pertanto un sensore piezoelettrico può convertire la forza esercitata su di esso mediante compressione, impatto, accelerazione o vibrazione in un segnale elettrico la cui resistenza è proporzionale alla resistenza della forza.Esistono numerosi materiali naturali che dimostrano questo effetto, in particolare il quarzo e la tormalina.I materiali piezoelettrici possono anche essere sintetizzati industrialmente.I materiali piezoelettrici sintetici possono essere materiali a cristallo singolo simile ai cristalli naturali ma con proprietà migliorate, come i cristalli di fosfato di gallio;Materiali piezoceramici come il titanato zirconato di piombo (PZT), che possono essere fabbricati economici mediante sinterizzazione o ingredienti in polvere riscaldante in un forno;e polimeri come il fluoruro di polivinilidene (PVDF) che possono essere realizzati in pellicole sottili e flessibili.

Il segnale elettrico generato dai sensori piezoelettrici diminuisce rapidamente dopo l'applicazione della forza.Ciò significa che non sono adatti alla misurazione di una forza statica;Tuttavia, sono eccellenti nel misurare forze di durata molto breve, come le forze di impatto.I sensori a cristallo singolo e piezoceramico sono molto rigidi e hanno una frequenza naturale molto elevata.La frequenza naturale di un sensore impone limitazioni ai suoi usi, poiché si verificheranno errori di misurazione quando la frequenza della vibrazione da misurare è vicina a quella del sensore.Un sensore piezoelettrico ad alta frequenza naturale consente di misurare accuratamente frequenze molto alte.Ciò significa che può essere utilizzato per rilevare modelli di vibrazione insoliti che potrebbero essere causati da difetti nei materiali e nei componenti.

L'elevata rigidità dei sensori a cristallo e piezoceramico singolo significa che spesso hanno proprietà fisiche simili ai materiali, come l'acciaio, da acciaioquali strumenti e macchine sono realizzati.I sensori possono quindi essere incorporati in strumenti e macchinari come parte della loro struttura, in modo che possano essere costruiti con sensori integrati.Questo tipo di sensore piezoelettrico è anche molto robusto, essendo in grado di gestire forti forze di impatto e funzionare efficacemente a temperature elevate e viene utilizzato in molte applicazioni industriali per misurare la pressione e la tensione sui materiali.Possono anche essere usati per misurare l'accelerazione e il mdash;Quando un oggetto accelera esercita una forza nella direzione opposta che può essere misurata da un sensore.

I sensori piezoelettrici hanno una vasta gamma di altre applicazioni.Un'applicazione comune è nei microfoni, in cui la forza esercitata dalle onde sonore viene convertita in segnali elettrici e registrata o amplificata.I materiali piezoelettrici flessibili e leggeri come PVDF possono essere utilizzati nei touch screen e nei touch pad e hanno anche applicazioni nella ricerca scientifica.Ad esempio, piccoli sensori possono essere attaccati a piccoli animali e persino insetti per monitorare la loro attività e comportamento.