PiezoSensoren

PiezoSensoren sind Sensoren, die mechanische Größen wie Druck, Kraft, Beschleunigung oder Vibration in elektrische Signale umwandeln, basierend auf dem piezoelektrischen Effekt. Typische Materialien sind Quarz, PZT-Keramik oder PVDF. Wird der Sensor mechanisch belastet, entsteht eine elektrische Ladung oder eine Spannung, die proportional zur Belastung sein kann. Der direkte piezoelektrische Effekt bildet die Grundlage für die Sensorfunktion; in vielen Anwendungen wird der Sensor im Ladungsmodus oder im Spannungsmodus betrieben, oft mit einem Vorverstärker oder einem Charge- bzw. Impedanzwandler.

Eigenschaften und Typen: PiezoSensoren eignen sich besonders für dynamische Messungen mit hoher Frequenz und großem Dynamikbereich. Sie bieten eine schnelle Reaktionszeit, hohe Empfindlichkeit und gute Robustheit, sind aber typischerweise nicht für statische oder sehr langsame Größen geeignet, da erzeugte Ladung mit der Zeit entladen wird. Typisch gemessene Größen sind Beschleunigung, Druck/über Druckwellen, und Schall. In der Praxis werden Beschleunigungsaufnehmer, Drucksensoren und Mikrofone als typische PiezoSensor-Typen eingesetzt.

Materialien und Eigenschaften: PZT-Keramik liefert hohe Empfindlichkeit, Quarz bietet hervorragende Temperaturstabilität, PVDF erlaubt flexible Bauformen. Vorteile der Technologie sind ein breiter Frequenzbereich, hohe Signaldynamik und Robustheit. Nachteile umfassen eine Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen, Kalibrierbedarf und Unfähigkeit zur statischen Messung ohne spezielle Schaltung.

Signalaufbereitung: PiezoSensoren liefern in der Regel Hochimpedanzsignale, die meist mit Charge- oder Spannungsverstärkern aufgenommen werden. Kalibrierung erfolgt oft in pC/N oder mV/N, abhängig vom Betriebsmodus und der Geometrie des Sensors.