Что такое пьезоэлектрический датчик
Пьезоэлектрические датчики являются важным компонентом многих промышленных сенсоров и находят все более широкое применение. Эта статья подробно расскажет о пьезоэлектрических датчиках и поможет разобраться в их особенностях.
Что такое пьезоэлектрический датчик
Пьезоэлектрический датчик — это тип сенсора, работающий на основе пьезоэффекта. Это самогенерирующий и электромеханический преобразовательный датчик. Его чувствительный элемент изготовлен из пьезоэлектрического материала. Когда на пьезоматериал воздействует сила, на его поверхности генерируются электрические заряды. Эти заряды затем усиливаются и преобразуются в электрический сигнал, пропорциональный приложенному внешнему усилию.
Пьезоэлектрические датчики обычно используются для измерения изгиба, касания, вибрации и удара. Они применяются в различных областях, включая медицину, аэрокосмическую отрасль, потребительскую электронику и ядерные приборы.
Как работает пьезоэлектрический датчик
Пьезоэлектрический датчик работает на основе пьезоэлектрического эффекта. Слово «пьезоэлектрический» происходит от греческого «piezein», что означает «сжимать» или «давить». Принцип работы заключается в приложении механической энергии к кристаллу, и процесс происходит следующим образом:
Пьезоэлектрический кристалл размещается между двумя металлическими пластинами, которые обычно сбалансированы и не генерируют ток.
Механическая сила или воздействие на материал вызывают дисбаланс зарядов в кристалле. На противоположной стороне кристалла образуется избыток отрицательных и положительных зарядов.
Металлические пластины собирают эти заряды для генерации напряжения и передачи тока в circuit, который затем преобразуется в электроэнергию низкого напряжения.
Характеристики пьезоэлектрического кристалла определяют ключевые особенности пьезоэффекта. Пьезоэлектрический датчик — это новый тип сенсора с поперечным, продольным или сдвиговым действием, который мало подвержен влиянию электрических полей и электромагнитных помех. Датчик обладает высокими линейными характеристиками в широком температурном диапазоне и является идеальным решением для работы в harsh условиях.
Какие преимущества имеют пьезоэлектрические датчики
Высокочастотный отклик: возможность быстрого отслеживания очень быстрых изменений параметров.
Высокая переходная характеристика: способностьdetect быстрые изменения за короткое время и генерировать линейный выходной сигнал.
Высокий выходной сигнал: возможность измерений с помощью электронных схем.
Малый размер, прочная конструкция: удобство в использовании и эксплуатации.
Разница между пьезоэлектрическим датчиком и пьезоэлектрическим преобразователем
Пьезоэлектрический датчик преобразует физические воздействия, ускорение, давление или другие входные сигналы в электрические сигналы для систем обработки данных. Он может преобразовывать только механическую энергию в электрическую.
Пьезоэлектрический преобразователь — это устройство, которое использует пьезоэффект определенных монокристаллических материалов и электрострикционный эффект некоторых поликристаллических материалов для преобразования электрической энергии в звуковую и наоборот. Он может осуществлять взаимное преобразование между электрической и механической энергией.
История пьезоэлектрических датчиков
С середины 1990-х годов начались исследования plug-and-play умных датчиков с гибридным TEDS-интерфейсом. В 1983 году американская компания Honeywell разработала первый умный датчик — интеллектуальный датчик давления для process control. После этого многие компании разработали собственные продукты умных датчиков. Эти умные датчики обладают преимуществами быстрого времени отклика, бесконтактного измерения, высокой точности, высокого разрешения и хорошей надежности. С тех пор датчики широко используются в военной и промышленной сферах контроля и измерений, а интеллектуализация датчиков получила widespread внимание и быстрое развитие.
Типы пьезоэлектрических датчиков
Пьезоэлектрические датчики можно разделить на четыре типа:
Пьезоэлектрические силовые датчики
Пьезоэлектрические датчики давления
Пьезоэлектрические акселерометры
Полимерные датчики давления
Производители пьезоэлектрических датчиков
Крупные компании, занимающиеся разработкой и производством пьезоэлектрических датчиков, включают американские PCB, Honeywell, IST, CAS, CBT, ITC; немецкие Proxitron, Knick, OPTEK, Ahlborn, polytec, FCG; швейцарские MEMBRAPOR и Kistler; британскую Senstronics; японскую Micron; датскую B&K; канадскую NOVA и финскую Vit, среди других.
Применение пьезоэлектрических датчиков
Технология датчиков быстро развивается и широко используется в экспериментах и измерениях, авиационных испытаниях, сборе данных с помощью KiDAQ, космических испытаниях, динамическом взвешивании, контроле скорости, биомеханике и силовых измерениях, измерении сил резания, thermoacoustics, высокоскоростной динамике и рельсовой технологии.
Тенденции развития пьезоэлектрических датчиков
Технологическое подразделение Sensor Technology (ST) разработало highly специализированные датчики и системы для измерений в экстремальных условиях. Будь то измерение thermoacoustic явлений при high температурах, динамические измерения high давления или выполнение сложных испытательных и измерительных applications, наш обширный ассортимент датчиков давления, силы и акселерометров находит применение.
Through детальный анализ тенденций развития пьезоэлектрических датчиков можно увидеть, что современные сенсорные системы развиваются в направлении miniaturization, интеллектуализации, multifunctionality и networking. В будущем, с непрерывным развитием CAD технологий, MEMS технологии, information theory и algorithms анализа данных, прогнозируется, что датчики станут более стандартизированными, miniaturized, integrated, multifunctional, intelligent и systematic.
