pietsotransduktorit

Pietsotransduktorit ovat laitteita, jotka muuntavat sähköenergiaa mekaaniseksi liikkeeksi tai päinvastoin piezoelektrisen materiaalin avulla. Yleisimmät materiaalit ovat keraamiset lead zirconate titanate (PZT) -levyt, kvartsikide sekä ohutkalvot kuten PVDF. Ne voivat toimia sekä antureina että aktuaattoreina eri sovelluksissa.

Toimintaperiaate perustuu kahteen piezoelektriseen ilmiöön: suoraan piezoelektriseen ilmiöön, jossa mekaaninen rasitus tuottaa sähköisen varauksen, ja kääntyneeseen piezoelektriseen ilmiöön, jossa sähkökenttä saa materiaalin muuttamaan muotoaan. Näiden ominaisuuksien ansiosta pietsotransduktorit voivat sekä vastaanottaa sähköisiä signaaleja ja tuottaa mekaanista liikettä että muuntaa mekaanisen liikkeen sähköiseksi signaaliksi.

Materiaalit ja rakenne: yleisimpiä ovat PZT-keramidit, kvartsikide sekä litiumniobaatit ja PVDF-polymeerikalvot. Rakenne vaihtelee yksittäisestä levystä useista kerroksista koostuvaan stackiin; tyypillisiä geometrioita ovat levyt, renkaat ja putkimaiset rakenteet. Suuremmat muodonmuutokset ovat tyypillisesti pieniä, mutta vasteaika on erittäin nopea ja laitteet voivat toimia sekä matalilla että korkeilla taajuuksilla.

Sovellukset: pietsotransduktorit ovat keskeisiä sekä antureissa että aktuaattoreissa. Antureina ne käytetään esimerkiksi kiihtyvyys- ja paineantureina sekä ultraäänisensoroinnissa ja teollisessa NDT:ssä. Aktuaattoreina ne mahdollistavat tarkat mikroskooppiset liikkeet, nanostagingin sekä äänentoiston ja soitinantureiden käyttöä. Energiankeräys on myös tutkittu sovellus.

Hyödyt ja rajoitteet: etuja ovat nopea vaste, suuri voimantuotto pienen liikkeen alueella sekä laaja taajuusalue. Rajoitteita ovat korkeat ajonjännitteet, lämpötilariippuvuus ja polarisaation heikkeneminen sekä ikääntyminen ajan myötä.