누르거나 구부리면 전기가 생성됩니다. - 이것을 직접압전효과라고 합니다. 압전 재료(석영이나 세라믹 등)를 밀거나 짜거나 늘리면 작은 전압이 생성됩니다. 세게 누를수록 더 많은 전압이 생성됩니다. 이것이 압전 재료가 진동, 힘, 압력 등을 측정하는 센서로 사용되는 이유입니다.

에너지가 공급되면 움직이거나 모양이 변경됩니다. - 이것을 역압전효과라고 합니다. 물질에 전압을 가하면 약간 팽창하거나 수축합니다. 전압을 반대로 하면 운동방향이 바뀐다. 이로 인해 진동기, 마이크 및 초음파 장치와 같은 훌륭한 액추에이터가 됩니다.

압전 변환기의 작동 방식

Figure 3. Piezoelectric Transducer Working Principle.png

그림 3. 압전 변환기의 작동 원리

압전 변환기는 특수 재료를 사용하여 작동합니다. 석영, PZT 세라믹스, 또는 특정 폴리머 기계적 힘을 전기 신호로 바꿀 수 있습니다. 변환기 내부에는 압전 물질이 금속판 사이에 배치되어 전기 출력을 얻을 수 있습니다. 외부일 때 힘, 압력, 진동또는 가속하다 적용하면 재질이 약간 변형됩니다. 이러한 약간의 변형으로 인해 결정 내의 양전하와 음전하가 이동하여 표면에 전하가 생성됩니다. 금속판은 이 전하를 포착하여 측정 가능한 전압으로 변환합니다. 가해지는 힘이 강할수록 더 많은 전압이 생성됩니다. 많은 경우, 전압 신호는 전자 회로에 의해 증폭되거나 처리되어 측정 장치에 사용될 수 있습니다.

압전 변환기의 유형

압전 변환기는 구성, 모양 및 용도에 따라 다양한 유형으로 제공됩니다.

재료를 기반으로

압전 변환기는 다양한 재료로 만들 수 있습니다. 석영은 매우 안정적인 천연 결정이지만 더 작은 전기 출력을 생성합니다. 대부분의 최신 변환기는 더 강한 전압을 생성하고 다양한 응용 분야에서 잘 작동하기 때문에 PZT와 같은 세라믹 재료를 사용합니다. PVDF와 같은 유연한 압전 플라스틱도 있는데, 이는 가볍고 웨어러블 센서나 굽힘이 필요한 장치에 매우 적합합니다.

모양이나 구조에 따라

압전 변환기는 적용 방법에 따라 다양한 형태로 제공됩니다. 이러한 모양에는 경적 및 소형 스피커에서 발견되는 디스크 또는 플레이트가 포함됩니다. 막대나 막대는 힘이나 압력을 감지하는 데 사용됩니다. 일부 유형은 두 개 이상의 압전 층을 함께 접착하여 만들어서 더 쉽게 구부릴 수 있습니다. 그들은 이형(dimorph)이라고 불리며 액츄에이터에 사용됩니다. 튜브나 링과 같은 다른 형태는 원형 진동을 생성할 수 있기 때문에 초음파 및 초음파 장비에 사용됩니다.

기능에 따라

압전 변환기는 기능에 따라 분류될 수도 있습니다. 센서로서 힘, 압력 또는 진동을 전기 신호로 변환합니다. 액추에이터로서 전기를 사용하여 작은 움직임을 생성함으로써 반대 방식으로 작동합니다. 고주파 음파를 보내고 받을 수 있는 초음파 변환기도 있으므로 의료 영상, 거리 측정 및 수중 소나 시스템에 적용할 수 있습니다.

작동 방식에 따라

압전 변환기를 분류하는 또 다른 방법은 재료에 힘이 가해지는 방식에 따라 결정됩니다. 압축 모드에서는 재료를 직접 누르므로 압력이나 충격을 감지하는 데 적합합니다. 굽힘 모드에서는 재료가 강제로 구부러져 진동 센서와 마이크에 좋은 조건이 만들어집니다. 전단 모드에서는 힘이 표면 전체에 수평으로 적용되어 높은 감도를 제공하며 이는 고급 가속도계에서 볼 수 있습니다.

압전 변환기의 장점과 단점

압전 변환기의 장점:

• 민감하며 힘이나 진동의 작은 변화를 감지할 수 있습니다.

• 응답 시간이 빨라 고주파 측정에 적합합니다.

• 자체 전압을 생성하므로 감지를 위해 외부 전원이 필요하지 않습니다.

• 작고 가벼우며 구조가 간단합니다.

• 넓은 온도 범위에서 작동합니다.

• 움직이거나 마모되는 부품이 없어 수명이 길다.

압전 변환기의 단점:

• 느린 힘이나 정상(정적) 힘은 정확하게 측정할 수 없습니다.

• 증폭이 필요할 수 있는 작은 전압을 생성합니다.

• 온도와 습도에 따라 출력이 영향을 받을 수 있습니다.

• 일부 압전 재료, 특히 세라믹은 부서지기 쉽습니다.

• 저주파 측정 용도에는 적합하지 않습니다.

압전 변환기 응용

압력 센서 - 산업 시스템, 유체 라인 및 모터의 압력 변화를 측정합니다.

힘 및 충격 센서 - 기계의 힘 수준, 무게 또는 갑작스러운 충격을 감지하고 모니터링을 설정합니다.

가속도계 - 차량, 장비, 전자제품의 진동과 가속도를 모니터링합니다.

초음파 프로브 - 의료 영상, 초음파, 거리 측정을 위한 초음파를 생성하고 수신합니다.

마이크 - 녹음 및 통신을 위해 소리 진동을 전기 신호로 변환합니다.

사이렌 및 알람 - 타이머, 연기 감지기, 장난감 및 다양한 경보 시스템에 대한 소리를 생성합니다.

점화 시스템 - 가스레인지, 라이터 및 점화 장치에 필요한 스파크를 생성합니다.

진동 모니터링 - 기계 상태를 모니터링하고 모터, 펌프 및 회전 장비의 오류를 식별합니다.

정밀액추에이터 - 프린터, 카메라 자동 초점 시스템 및 과학 장비에서 작고 정확한 움직임을 제공합니다.

에너지 하베스팅 - 진동이나 움직임을 기록하여 저전력 기기에 필요한 전기에너지로 변환합니다.

압전 센서와 스트레인 게이지

다음은 압전 센서와 스트레인 게이지의 차이점과 각 유형의 사용 시기를 이해하는 데 도움이 되는 비교입니다.

특징	압전 센서	스트레스 측정기
다음에 가장 적합	힘은 빠르게 변화한다 (진동, 충격, 가속도)	느리거나 꾸준한 힘 (중량, 정하중, 구조적 변형)
작동 원리	전력 생산 누르거나 압착하거나 진동하면 충전됩니다.	변화저항 늘어나거나 압축될 때
전력 요구 사항	외부 전원이 없습니다. 센서 (자체 제작)	외부 요구사항 브리지 회로용 전기
주파수 응답	다음에 적합 고주파 신호	더 나은 정적 및 저주파 신호
감도	매우 민감함 작은 진동과 빠른 변화	보통 감도; 설치 품질이 정확성에 영향을 미칩니다
출력 신호	전압비 힘을 바꾸다	저항을 바꾸세요 전압으로 변환해야 함
정확도	고정밀도 동적 힘	고정밀도 정적 또는 장기 측정
온도 효과	출력이 따라갈 수 있습니다. 온도 변화	온도 영향 저항하지만 보상 가능
내구성	움직이는 부분이 없고 길다. 생활; 일부 재료는 부서지기 쉬울 수 있습니다.	내구성이 있지만 가능함 접착제나 본드가 약해지면 품질이 저하됩니다.
크기	아주 작고 소형 센서용으로 컴팩트함	작지만 흔한 압전소자보다 크다
비용	일반적으로 낮음 보통	평균, 상황에 따라 다름 정확도 수준에 대해
설치	설치가 용이합니다. 아니 복잡한 설치가 필요함	신중하게 물어보세요 링크와 링크
일반적인 사용	가속도계, 진동 센서, 마이크, 점화 시스템, 초음파	로드셀, 스케일 계량, 구조 모니터링, 힘 테스트
제한 사항	안정적으로 측정할 수 없음 정확한 힘	맞지 않음 고주파수 또는 빠르게 변화하는 힘