TOP

21.2 วัสดุอิเล็กทรอนิกส์ใช้สำหรับเป็นตัวรับรู้

     ความหมายของตัวรับรู้ทางไฟฟ้า คือ วัสดุหรือสารที่มีการตอบสนองต่อปริมาณทางกายภาพ การตอบสนองนี้มีผลทำให้กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวรับรู้มีการเปลี่ยนแปลง สามารถนำตัวรับรู้มาสร้างเป็นเครื่องวัดปริมาณทางกายภาพได้
ตัวอย่างของการใช้วัสดุอิเล็กทรอนิกส์เป็นตัวรับรู้

ปริมาณกายภาพ ตัวรับรู้
แสง LDR, Photodiode
อุณหภูมิ Thermistor, IC LM 335
ความดัน Piezoelectric, Strain gauge
สนามแม่เหล็ก Reed relay, Hall effect, Induction coik
แรง Piezoelectric, Strain gauge
ความเข้มเสียง Condenser microphone
กัมมันตภาพรังสี Geiger Muller Counter
รังสีอินฟราเรด IR Photodiode
Read More
TOP

21.1.15 เพียโซอิเล็กทริค (Piezoelectric)

          เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดแรงกลต่างๆ เช่น แรงดัน ความเร่ง การสั่น แรงเครียด หรือแรงกระทำอื่นๆ โดยเปลี่ยนพลังงานกลต่างๆเหล่านี้ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ในทางกลับกันเมื่อให้พลังงานไฟฟ้าแก่วัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นเพียโซอิเล็ก ทริค วัสดุนั้นก็จะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลได้เช่นกัน

          วัสดุเพียโซอิเล็กทริก (piezoelectric material) เป็นเซรามิกประเภทหนึ่งที่มีสมบัติพิเศษ กล่าวคือ เมื่อได้รับแรงกล (mechanical force) จะให้แรงดันไฟฟ้า (voltage) ที่เรียกว่า ปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริก (piezoelectric effect) ในทางกลับกันเมื่อวัสดุได้รับแรงดันไฟฟ้าจะทำให้มีการเปลี่ยนรูปร่าง (deformation) เกิดแรงกลซึ่งเรียกว่า ปรากฏการณ์อินเวอร์สเพียโซอิเล็กทริก (inverse piezoelectric effect) การเปลี่ยนไปมา ระหว่างพลังงานกล และพลังงานไฟฟ้า สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกต่างๆ

          สมบัติเพียโซอิเล็กทริก จะเกิดขึ้นในวัสดุที่มีสภาพเป็นขั้วทางไฟฟ้าเท่านั้น วัสดุเพียโซอิเล็กทริก มีทั้งที่พบในธรรมชาติและจากการสังเคราะห์ โดยวัสดุที่พบในธรรมชาติได้แก่ แร่ควอร์ทซ์ แร่ทัวร์มารีน ส่วนวัสดุสังเคราะห์ได้แก่ เลดเซอร์โคเนียมไททาเนต (Lead zirconia titanate) ซึ่งนิยมเรียกว่า PZT เลดไททาเนต เซอร์โคเนต (Lead titanate zirconate) และแบเรียมไททาเนต (Barium titanate)

          อุปกรณ์อิเล็กทรอนิก ที่ใช้ประโยชน์จากวัสดุเพียโซอิเล็กทริก มีหลายอย่างด้วยกัน ขึ้นกับปรากฏการณ์ การเปลี่ยนแปลง ในกรณีที่มีการป้อนแรงดันให้วัสดุทำให้มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง หรือเกิดแรงกล สามารถนำมาใช้เป็นทรานสดิวเซอร์ในอุปกรณ์อัลตราโซนิค (Ultrasonic) ทางการแพทย์ ลำโพง และนำมาใช้เป็นแอกซูเตอร์ (Actuator) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ประกอบ ที่สำคัญของเครื่องพิมพ์ ชัตเตอร์ในกล้องถ่ายรูป วาล์วไฮโดรลิก (hydraulic valve) เป็นต้น และในกรณ๊ให้แรงแก่วัสดุทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า สามารถใช้เป็นอุปกรณ์จุดแก๊ส (gas ignitor) ในเตาเครื่องทำความร้อน ใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) ใช้เป็นตัวตรวจจับความดัน (pressure sensor) เป็นต้น

alt

ตัวอย่างภาพ เพียโซอิเล็กทริค เปลี่ยนแรงกดเป็นพลังงานไฟฟ้า

          การนำเพียโซอิเล็กทริค ไปใช้ในงานทางด้านวิศวกรรมชีวเวช เช่น ตัววัดคลื่นเสียงของหัวใจ(ไมโครโฟน), ตัวรับสัญญาณของเครื่องอัลตราซาวด์, Quartz crystal microbalance(QCM) ที่มีการประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดสารชีวโมเลกุลจำนวนมาก, ตัวตรวจวัดแรง เป็นต้น

67834

          ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริก หรือ ผลึกเพียโซอิเล็กทริกนี้ ที่รู้จักกันโดยทั่วไปก็คือที่ทำประกายไฟในการจุดเตาแก๊สหรือไฟแช็คนั่นเอง การดีดหรือเคาะผลึกเพียโซอิเล็กทริกก็จะทำให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างด้าน 2 ด้านของก้อนผลึก ถ้าต่อสายไฟออกมาก็สามารถทำให้เกิดประกายไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าได้

67835

          ในทางกลับกันถ้าใส่ไฟฟ้าเข้าไประหว่างผลึก ก็จะทำให้ผลึกมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ถ้าใส่สัญญาณไฟฟ้าเข้าไปจะทำให้ผลึกสั่นตามสัญญาณไฟฟ้านั้นได้ และเกิดการสั่นเป็นเสียงออกมาได้ การประยุกต์ใช้งานที่เห็นได้ทั่วไปคือ ผลึกที่ให้กำเนิดเสียงต่างๆในเครื่องโทรศัพท์มือถือนั่นเอง

imageลำโพงแบบเพียโซอิเล็กทริก

ที่มา :ดร.จันทร์ชัย หญิงประยูร
http://www.vcharkarn.com/vcafe/133225

Read More
TOP

21.1.14 ไมโครโฟนชนิดคอนเดนเซอร์ (Condenser Microphone)

image       image

          คอนเดนเซอร์หรือ คาร์ปาซิเตอร์ไมโครโฟนเป็นไมโครโฟนประเภทหนึ่งที่นิยมใช้พอๆกับไดนามิกไมโครโฟน สามารถรับเสียงได้ไวมาก และมักติดอยู่กับเครื่องบันทึกเสียงทั่ว ๆ ไป
          คอนเดนเซอร์ ไมโครโฟน ต้องมีไฟเลี้ยงจ่ายให้อยู่ตลอดเวลาที่มีการใช้งานซึ่งอยู่ระหว่าง 9-48 โวลท์ที่มาจากแบตเตอรี่ที่บรรจุเข้าไปในตัวไมโครโฟน หรือจาก มิกเซอร์โดยผ่านทางสายไมโครโฟน หลัการทำงานคือเมื่อมีการเคลื่อนไหวเข้าใกล้และห่างออกจากกันระหว่างไดอะ แฟรมกับแบคเพรท (Back plate) โดยแบคเพรทจะอยู่กับที่และส่วนที่เป็นไดอะแฟรมจะเคลื่อนไหวตามเสียงที่เข้า มา จึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางคุณสมบัติทางประจุไฟฟ้าและทำให้เกิดกระแส ไฟฟ้าขึ้นซึ่งมีขนาดเล็กมาก ซึ่งจะถูกนำไปขยายโดยภาคขยายเล็กๆ ซึ่งซ่อนอยู่เพื่อขยายสัญญาณและเพื่อแยกค่าอิมพีเด้นของไมโครโฟนออกจากค่า อิมพีเด้นที่ต่ำที่ตัวไมโครโฟนต่ออยู่
          คอนเดนเซอร์ ไมโครโฟนมีคุณสมบัติทางเสียงที่ดีเหมือนธรรมชาติ ใช้กับงานที่ต้องการการตอบสนองทาง Transient เช่น เครื่องดนตรีที่เป็นพวก Percussion และนิยมใช้กันมากในห้องบันทึกเสียง และงานทั่วไป ความทนทานจะสู้ไดนามิกไมโครโฟนไม่ได้ ไวต่อการเสียหายเมือมีการกระแทกของเสียง การกระทบกระเทือนอย่างแรง และสภาพแวดล้อม เช่นความชื้น ราคาจะสูงกว่าไดนามิกไมโครโฟน

Read More