Piezojärjestelmä

Piezojärjestelmä on järjestelmä, joka hyödyntää piezoelektristä ilmiötä muuntamaan sähköenergiaa mekaaniseksi liikkeeksi tai päinvastoin. Piezoelektrinen ilmiö esiintyy erityisesti keraamisissa ja kiteisissä materiaaleissa, joissa mekaaninen jännitys aiheuttaa sähkövarausten siirtymisen ja jossa ulkoinen sähköjännite saa aikaan mekaanisen muutoksen. Käytännössä piezojärjestelmät koostuvat piezoelementeistä sekä niihin liittyvistä ohjaus- ja vahvistuspiireistä sekä signaalin esikäsittelystä.

Materiaaleina yleisimpiä ovat PZT-keramiat, PVDF-polymeerit sekä harvinaisemmat single-crystal- tai langasiitit. Piezoelementit voidaan toteuttaa eri konfiguraatioilla, kuten patch-, stack-, bimorph- ja cantilever-konfiguraatioilla. Tällaisten rakenteiden avulla voidaan saada sekä suurta tukkivoimaa että erittäin tarkkaa siirtoa, usein hyvällä kontrollilla.

Sovellukset kattavat sekä tunnistus- että toiminta-alueet. Tyypillisiä käyttökohteita ovat kiihtyvyys- ja paineanturit sekä ultrasoniset transduktorit, mutta myös toimilaitteet ja nanopositionointijärjestelmät sekä lääketieteelliset ja teolliset sovellukset. Piezojärjestelmät ovat keskeisiä myös energian talteenottosovelluksissa ja lukuisissa precison- ja älykkäissä järjestelmissä.

Edut ja rajoitteet: Piezoelementit tarjoavat nopean vasteen, korkean taajuusalueen ja pienen tilan sekä hyvän lineaarisuuden tietyissä oloissa. Haasteina ovat materiaalin kimmokerrosten hauras luonne, lämpötilariippuvuus, hysteresis ja ikääntyminen sekä joissain sovelluksissa korkeat ajovirrien jännitteet sekä edellytettävä vahvistus- ja signaalinkäsittelytekniikka.