Mis on piesoelektriline muundur?

Piesoelektriline muundur on seade, mis muundab ühte tüüpi energiat teiseks, kasutades ära teatud kristallide või muude materjalide piesoelektrilisi omadusi. Kui piesoelektriline materjal on allutatud pingele või jõule, tekitab see elektrilise potentsiaali või pinge, mis on võrdeline jõu suurusega. See muudab seda tüüpi anduri ideaalseks mehaanilise energia või jõu muundajana elektripotentsiaaliks.

Piesoelektriliste muundurite kõrge tundlikkus muudab need kasulikuks mikrofonides, kus nad muudavad helirõhu elektripingeks, täppiskaaludes, kiirendusmõõturites ja liikumisandurites ning ultraheli generaatorite ja detektoritena. Neid kasutatakse ka mittepurustavates katsetes, kõrgepinge genereerimisel ja paljudes muudes rakendustes, mis nõuavad liikumise või jõu täpset tuvastamist.

Piesoelektriline efekt toimib ka vastupidiselt, kuna piesoelektrilisele materjalile rakendatav pinge põhjustab selle materjali paindumise, venimise või muul viisil deformeerumise. See deformatsioon on tavaliselt väga väike ja proportsionaalne rakendatud pingega ning seega pakub pöördefekt meetodi täpseks liikumiseks mikroskaalal. Seetõttu võib andurit kasutada täiturmehhanismina peente optiliste instrumentide, laserite ja aatomjõumikroskoopide täpseks reguleerimiseks.

Neid seadmeid saab kasutada nii andurite kui ka täiturmehhanismidena, seega nimetatakse neid muunduriteks, mida kasutatakse mis tahes seadme kohta, mis suudab muundada ühte energiavormi teiseks. Selle tulemusena kuuluvad selle rubriigi alla nii piesoelektrilised andurid kui ka piesoelektrilised ajamid. Andur muudab mehaanilise energia elektripotentsiaaliks ja täiturmehhanism muudab elektrienergia mehaaniliseks jõuks või liikumiseks.

Piesoelektriliste muundurite tekitatud pinge võib olla üsna kõrge, sageli tuhandetes voltides, kuid on lühike, ilmnedes ainult siis, kui materjal on algselt deformeerunud. See muudab need kasulikuks elektroonilistes sigaretisüütajates ja gaasipliitide ja grillide surunuppsüütajates. Nendes rakendustes aktiveerib nupu vajutamine väikese vedruga haamri, mis lööb vastu piesoelektrilist materjali ja tekitab piisava pinge, et tekitada elektrikaare hüppamine süüturi avatud elektroodide vahel.

Algselt arvati, et see on ainult teatud tüüpi kristallide, nagu kvarts ja topaas, omadus, materjaliteaduse edusammud on toonud kaasa polümeeride ja keraamika loomise, millel on ka piesoelektrilised omadused. Tegelikult on praegu kõige levinum piesoelektriline materjal keemiline keraamiline pliitsirkonaattitanaat, tuntud kui PZT. Sellel materjalil on antud jõu korral võime pakkuda kaks korda suuremat pinget kui kvarts.
Need muundurid on lihtsad, töökindlad ja väga vastupidavad ning leiavad seetõttu laialdast kasutust tööstuses, meditsiinis ja kosmosetöös. Neid ei mõjuta välised elektromagnetväljad ja seetõttu saab neid kasutada rakendustes, kus elektroonilised andurid ei tööta. Need on stabiilsed laias temperatuurivahemikus, kuid pikaajalisel kasutamisel kõrgetel temperatuuridel võivad need mõjuda.