کاربردهای پیزوالکتریک در صنایع

کاربردهای پیزوالکتریک در صنایع:
در این بخش با چند مورد از کاربردهای پیزوالکتریک آشنا می شویم.

سونار:
سونار (Sonar) نخستین بار در دهه 1900 میلادی توسط لویس نیکسون (Lewis Nixon)، برای شناسایی توده های یخ ابداع شد.

در جریان جنگ جهانی اول تمایل به استفاده از این ابزار برای مکان یابی زیردریایی ها بیشتر شد. البته، امروزه سونار کاربردهای فراوانی از قبیل مکان یابی ماهی، جهت یابی در زیر آب و غیره دارد.

شکل 3: در سونار پیزوالکتریک، فرستنده با استفاده از اثر پیزوالکتریک معکوس، به منظور ردیابی اشیاء، موج صوتی منتشر می کند.

در شکل 3، سونار در حال انتشار موج (سیگنال) صوتی از طریق فرستنده است تا اشیا را ردیابی کند. در اینجا فرستنده با استفاده از ولتاژ، موج صوتی منتشر می کند (اثر پیزوالکتریک معکوس). هنگامی که موج صوتی به یک شیء برخورد می کند، برمی گردد و توسط گیرنده شناسایی می شود.

در واقع، گیرنده توسط موج صوتی بازگشتی فشرده می شود و این سیگنال (ولتاژ) را به پردازنده می دهد (اثر پیزوالکتریک مستقیم) تا آن را پردازش کند. در عملیات پردازش، با محاسبه فاصله زمانی سیگنال های ارسالی و دریافتی، فاصله آن شیء تعیین می شود.

محرک های پیزوالکتریک:
شکل 4 عملکرد یک محرک (Actuator) پیزوالکتریک را نشان می دهد که در آن پایه ثابت می ماند و مانند صفحه فلزی که ماده پیزوالکتریک را احاطه کرده است عمل می کند.

در اینجا میدان الکتریکی حاصل از اعمال ولتاژ به ماده پیزوالکتریک سبب می شود ماده منبسط و منقبض شود. بنابراین، ماده یا بلور پیزو حرکت بسیار اندکی به سمت جلو یا عقب خواهد داشت که باعث می شود محرک به آرامی به حرکت در آید.

شکل 4: در محرک پیزوالکتریک، ولتاژ اعمال شده به ماده پیزوالکتریک باعث انبساط و انقباض ماده می شود.
محرک پیزوالکتریک کاربردهای فراوانی دارد. به عنوان مثال، در دستگاه بافندگی، ماشین های بریل، دوربین های ویدیویی و تلفن های همراه از این محرک ها استفاده می شود.

بلندگوها و زنگ اخبارهای پیزوالکتریک:
بلندگوها و زنگ اخبارها برای تولید صوت از اثر پیزوالکتریک معکوس استفاده می کنند. در واقع، اعمال ولتاژ به بلندگو یا زنگ اخبار باعث ایجاد امواج صوتی در آن ها می شود (شکل 2 را ببینید).

سیگنال صوتی اعمال شده به سرامیک پیزوالکتریک بلندگوها یا زنگ اخبارها باعث می شود ماده پیزوالکتریک هوا را مرتعش کند. این ارتعاش، امواج صوتی تولید می کند و شنونده از طریق بلندگو آن را دریافت می کند.

پاسخ فرکانسی بلندگوهای پیزوالکتریک محدود به مقادیر کوچکی است و معمولاً در ساعت های زنگدار و یا دیگر ابزارهای مکانیکی کوچک برای تولید صداهای با کیفیت بالا استفاده می شود.

درایورهای پیزو:
درایورهای پیزو می توانند ولتاژ پایین باتری را به ولتاژ بالا تبدیل کنند تا نیروی وسایل پیزوالکتریک تأمین شود.

درایورهای پیزو اهمیت زیادی دارند، زیرا به مهندسان کمک می کند ولتاژ بیشتری را برای ایجاد امواج سینوسی بزرگ تر تولید کنند.

شکل 5: یک درایور پیزو، ولتاژ کم باتری را به ولتاژ بالاتری تبدیل می کند. یک اسیلاتور، امواج سینوسی کوچک را به تقویت کننده وارد کرده و این موج ها به امواج سینوسی بزرگ تر تبدیل می شود.

شکل 5 یک نمودار بلوکی است که عملکرد درایور پیزو را نشان می دهد. درایورهای پیزو ولتاژ پایین باتری را می گیرند و برای تبدیل آن به ولتاژ بالاتر از یک بوستر استفاده می کنند.

ولتاژ بالاتر برای تأمین توان تقویت کننده استفاده می شود. تقویت کننده (که هدایت وسیله پیزو را بر عهده دارد)، امواج سینوسی کوچک ورودی توسط نوسانگر یا اسیلاتور را به امواج سینوسی بزرگ تر تبدیل می کند.