Efecto Piezoelectricos Sensor Optico

1.2.1 Efecto piezoeléctrico. Concepto de sensor y actuador piezoeléctrico
La piezoelectricidad es una propiedad que presentan aquellos materiales cuya estructura cristalina carece de centro de simetría [P1], [P2] y [P3]. En ellos, además de la polarización inducida por un campo eléctrico exterior, se produce también la polarización bajo la influencia de una tensión mecánica. Este efecto seconoce como efecto piezoeléctrico directo y fue descubierto por los hermanos Pierre y Jacques Curie en 1880. Al deformar un material piezoeléctrico se produce un desplazamiento de las particular cargadas, dando lugar a un momento dipolar en el material y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas del mismo.
Además, en los mismos cristales se da el efectopiezoeléctrico inverso que da lugar a la deformación del material al aplicarle una tensión eléctrica. Cuando el material está sometido a un campo eléctrico aparecen fuerzas internas sobre las cargas que constituyen el cristal, y que hacen que dichas cargas modifiquen su posición, produciéndose una deformación mecánica del cristal. Este efecto fue estudiado por primera vez por G. Lippmann. Capítulo 1Introducción - 19 -
El principio de funcionamiento del sensor piezoeléctrico es el efecto piezoeléctrico directo, recoge una fuerza mecánica, F, y la transforma en una señal eléctrica, Vsensor, que es recogida entre dos electrodos depositados en el material piezoeléctrico (figura 1-17).
Por otro lado, un actuador piezoeléctrico se basa en el efecto piezoeléctrico inverso, transformando unatensión eléctrica Vactuador, en fuerza o desplazamiento mecánico, S, dando como resultado un cambio de forma del material (figura 1-18).
En los sensores y actuadores piezoeléctricos pueden diferenciarse dos modos de trabajo, en función de la frecuencia de la señal aplicada (tensión mecánica, para los sensores y eléctrica para los actuadores): el modo no-resonante y el modo resonante.
Elrango de frecuencias de trabajo del modo no-resonante engloba desde frecuencia cero (estático) hasta aproximadamente la mitad de la frecuencia de resonancia del sistema mecánico, donde puede suponerse de manera muy fiable que hay una relación lineal entre las tensiones mecánicas y eléctricas. Por otro lado, hay un tipo especial de sensores y actuadores piezoeléctricos que trabajan en modoresonante porque son excitados a sus frecuencias de resonancia y se les conoce como transductores ultrasónicos. Sus aplicaciones son muy extensas: en acústica (altavoces, hidrófonos, micrófonos), biología (biosensores), medicina (ecografías), electrónica

1.2.2 Materiales piezoeléctricos
Durante la primera mitad del siglo XX los materiales piezoeléctricos estudiados eran aquellos de origennatural (cuarzo, turmalina, sal de Rochelle). Posteriormente, comenzaron a ser sustituidos por piezoeléctricos diseñados a medida a los que se les inducen propiedades piezoeléctricas al someterles a una polarización bajo un fuerte campo eléctrico externo. Entre estos destacan, por su utilidad en múltiples aplicaciones, las cerámicas piezoeléctricas policristalinas: titanato de bario (BaTiO3),titanato de plomo (PbTiO3), titanato-circonato de plomo (PZT), titanato de plomo modificado, metaniobato de plomo y titanato de bismuto. Estudio y análisis de sensores y actuadores piezoeléctricos para aplicaciones reométricas Capítulo 1 El otro tipo de piezoeléctricos más empleados es el de los polímeros piezoeléctricos entre los que destaca como más desarrollado el PVDF (Polifluoruro deVinilideno), muy flexible frente a la fragilidad de los cerámicos.
El material ha de elegirse teniendo en cuenta la aplicación. El material con el que se va a construir el sensor y el actuador piezoeléctricos va a ser una cerámica piezoeléctrica, en concreto de la familia de los PZT. La ventaja de utilizar materiales cerámicos policristalinos frente a cristales piezoeléctricos naturales es...