SENSOR DAN TRANSDUSER

Sensor Piezoelektrik

Pendahuluan

Piezo dalam bahasa Yunani diartikan sebagai tekanan. Piezoelektrik ini untuk pertama kalinya di temukan pada tahun 1880 oleh dua orang bersaudara pieze curie dan Jacques curie, dan akhirnya pada tahun 1950 piezoelektrik dapat diaplikasikan untuk alat-alat industri setelah memalui proses yang panjang. Sejak itu, pemanfaatan prinsip pengukuran ini telah mengalami pertumbuhan konstan dan dapat dianggap sebagai teknologi yang matang dan telah berhasil digunakan dalam berbagai aplikasi seperti misalnya di medis, aerospace, instrumentasi nuklir dan mobile pad touch screen sebagai sensor tekanan.

Pengertian Piezoelektrik

Piezoelektrisitas adalah nama sebuah fenomena yang agak mirip dengan piezoresitas. Piezoelktrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen tersebut. Sumber feonomena ini adalah adanya distribusi muatan listrik pada sel-sel kristal. Pada kristal kwarsa bila ada gaya yang diterapkan pada sepanjang sumbu X pada kristal akan menimbulkan muatan positif dan negative pada sisi-sisi yang berlawanan dari kristal sepanjang sumbu Z. Reganagn (strain) yang disebabkan oleh gaya tersebut cenderung menimbulkan perpindahan fisis muatan dalam satuan. Polarisasi kristal ini mengakibatkan terjadinya akumulasi muatan yang tergantung pada persamaan berikut : Q (muatan ) = d F

Pada kenyataanya, gaya adalah suatu besaran vektor, dan d (konstanta regangtan piezoelektrik) adalah suatu matrik 3 x 3. Gaya sepanjang sumbu akan meenghasilakan muatan di sepanjang sumbu x, y dan z. dengan muatan sumbu x diberikan oleh koefisien d 11 matrik. Muatan sepanjang sumbu y diberikan oleh koefisien d21 dan begitu seterusnya. Koefisien pizoelektrik telah ditabelkan untuk beberapa bahan (terutama dalam bahan koefisien yang besar). Nilai koefisien muatan piezoelktrik berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton.

Sebagai contoh kita mempunyai bahan piezoelektrik dengan ukuran 1 x 1 cm, gaya sebesar 1 Newton, diterapkan di sepanjang sumbu z-nya yang berdimensi 1 mm. berapa tegangan yang terjadi antara elektroda pada permukaan yang besar ?

d23LF ( 110.10‾¹² C / N ) ( 1.10‾³ m) (1 N)

 V = = = 1,0.10‾¹ V

0 A ( 8,8 .10‾¹² C / Vm) ( 1200) ( 1.10‾² m)²

Kapasitas piranti tersebut adalah :

0 A ( 8,8 .10‾¹² C / Vm) ( 1200) ( 1.10‾² m)²

  C = = = 1,1. 10‾9 F

d (1.10‾³ m)

Efek piezoelektrisitas adalah refersible (dapat balik) yaitu penerapan tegangan pada kristal kuarsa dapat menghasilkan perubahan dimensi kristal. Efeknya sangat mirip dan koefisiennya juga sama. Pada perhitungan diatas juga diperoleh hasil gaya 1 N akan menghasilkan sinyal 0,1 V. Perlu dicatat bahwa persamaan tersebut hanya tergantung pada konstanta regangan piezoeelektrik, konstanta dielektrik dan modulus young. Hal ini berarti bahwa perubahan material piezoelektrik tidak tergantung pada bahan materialnya.  Hal menarik lainnya adalah bahwa piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan pada piezoelektrik setelah diberikan suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi kebocorannya.

Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek inmi, piezoelektrik kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat suatu benda. Aspek penting lainnya dalam penggunaan piezoelektrik adalah adanya kennyataan bahwa material piezoelektrik dibuat melalui proses kristalisasi kisi-kisi (laticce) dalam susunan tertentu. Hal tersebut dilakukan dengan memanskan kristal samapi diatas suhu Curie sambil menerapkan tegangan pada elektrodanya. Jika kristal telah dipanaskan mendekati suhu Curie, material tersebut dapat menjadi “ de pole “ yang dapat menghasilkan pengurangan sensitifitas piezoelektrik. Untuk beragam material, suhu curie ini berada antara 50 – 600 ° C. pemanasan dibawah suhu Curie dapat membatasi penggunaan sensor ini. Meskipun demikian, elemen piezoelektrik juga mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan mekanisme sensing yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti piezoelektrik sangat berguna. Tambahan lagi, efek piezoelektrik memiliki hukum penyekalaan yang menarik sehingga bermanfaat pada piranti yang kecil. Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk sinyal yang berubah-ubah terhadap waktu. Sensing piezoelektrik tidak dapat beoperasi untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing piezoelectric.

Bahan Sensor Piezoelektrik

Sensor ini dirancang dengan bahan yang disebut PVDF (Polyvinylidene Fluoride) film / plastic polymer dan conductive rubber sebagai bahan utama sensor untuk pengukuran beban, tegangan, regangan ataupun deformasi dari suatu struktur. Sedangkan bahan-bahan lain yang digunakan untuk sensor Piezoelectric ini adalah kristal turmalin, kuarsa, ratna cempaka, dan garam rossel, karena dengan kemampuan bahan-bahan tertentu tersebut dapat  menghasilkan sebuah potensial listrik saat bahan-bahan itu dipanaskan atau didinginkan, dengan pemahaman akan struktur dan perilaku sebuah kristal. Ukuran dan bentuk sensor ini dapat dibuat sangat fleksibel atau berdasarkan kebutuhan penggunaannya.

Karakteristik Sensor Piezoelektrik

Suatu bahan piezoelektrik dapat mengubah deformasi mekanik menjadi medan listrik yang setara (direct piezoelectric effect), dan sebaliknya dapat mengubah medan listrik yang dikenakan padanya menjadi deformasi mekanik yang setara (converse piezoelectric effect). PVDF jenis lapisan tipis atau sering disebut film PVDF ini mempunyai beberapa sifat yang menguntungkan, di antaranya adalah: fleksibel, ringan, mampu bekerja pada pita frekuensi yang sangat lebar, dan juga tersedia dalam berbagai bentuk ketebalan dan luasan. Di samping itu, film PVDF dapat ditempelkan secara langsung pada material lain (misalnya karet, baja) dengan menggunakan bahan perekat, tanpa mengakibatkan kerusakan pada material bersangkutan maupun film PVDF-nya. Apabila film PVDF terdeformasi secara mekanik, misalnya terkena tekanan, maka partikel penyusunnya menjadi terpolarisasi sehingga menimbulkan konsentrasi muatan listrik pada masing-masing permukaannya. Besarnya konsentrasi muatan listrik yang terbentuk ini dapat dinyatakan dalam dua mode persamaan, yaitu charge mode dan voltage mode.

Desain mekanis sistem sensor

Sistem sensor didesain seperti pada gambar 3 seperti di bawah. Karet pejal dengan tingkat kekerasan (hardness) 70% dibuat berbentuk seperti huruf T yang tebal, dengan sisi bagian bawah mempunyai lebar 6 cm dan sisi bagian atas mempunyai lebar 8 cm, serta panjang 100 cm. Dengan tingkat kekerasan ini, diharapkan karet mampu menahan beban besar (sampai dengan lebih dari 200 kg) tanpa kehilangan sifat elastisitasnya. Bantalan karet ini selanjutnya dimasukkan pada casing besi untuk pemerataan pembebanan dan perlindungan kerusakan. Antara casing besi dengan karet pejal disekrup dengan erat sehingga diharapkan tidak ada gesekan antara casing besi dengan karet pejal yang dapat mengganggu tegangan keluaran sensor piezoelektrik. Dengan adanya pengait ini diharapkan dapat menurunkan noise pada data pengukuran.

Cara Pengukuran Sensor / Cara Kerja Sensor

Dari rangkaian pengkondisi sinyal dapat diketahui bahwa sinyal keluaran dari elemen film PVDF adalah muatan listrik yang nilainya dalam orde pico coulomb (pC). Nilai ini adalah terlalu kecil untuk umumnya piranti ukur seperti voltmeter atau osiloskop. Sehingga diperlukan suatu pengondisi sinyal yang berfungsi sebagai penguat tegangan pengukuran. Terdapat dua mode

pengkondisi sinyal yang umumnya dipergunakan pada bahan-bahan piezoelektrik, yaitu charge mode amplifier dan voltage mode amplifier. Pada desain ini dipergunakan charge mode amplifier dengan salah satu pertimbangan bahwa pada mode ini panjangnya kabel konduktor tidak akan berpengaruh pada sinyal keluaran.

Desain lengkap rangkaian pengkondisi sinyal diberikan pada gambar 4. Dengan rangkaian yang terdiri atas dua unit yaitu charge amplifier dan gain control. Charge amplifier sebagai pengubah besaran muatan listrik menjadi tegangan listrik setara, sedangkan gain control sebagai rangkaian penguat tegangan listrik. Komponen Cp dan Vp yang dirangkai secara seri adalah rangkaian ekivalen dari elemen film PVDF.

Berikut ini adaah contoh pengujian sensor piezoelectric tipe film PVDF. Pengujian ini dilakukan di lapangan langsung karena untuk mengetahui sampai sejauh mana sistem instrumentasi ini dapat diaplikasikan. Pengujian dilakukan dengan menggunakan sepeda motor yang dikendarai oleh seseorang (beban kendaraan dan pengendara yang sama) yang dilewatkan pada sistem sensor. Data diambil pada saat sistem sensor dilewati oleh sepeda motor. Kecepatan sepeda motor yang digunakan adalah 10 km/jam, 20 km/jam dan 30 km/jam. Hasil pengujian masing-masing untuk kecepatan sekitar 10 km/jam (gb.8a), 20km/jam (gb.8b), dan 30 km/jam. Analisis dari hasil percobaan ini dapat dijelaskan sebagai berikut: Dua sinyal pada masing-masing gambar menunjukan sinyal akibat tekanan roda depan dan roda belakang. Untuk tiap-tiap kecepatan kendaraan, memberikan jarak antara sinyal tekanan roda depan dan roda belakang yang tidak sama. Untuk kecepatan yang lebih tinggi, jarak antara dua sinyal semakin kecil. Hal ini sangat logis karena untuk menempuh jarak yang sama (jarak roda depan-belakang) diperlukan waktu yang semakin lama untuk kecepatan yang semakin kecil, sesuai hukum mekanika. Selanjutnya amplitudo sinyal yang bersesuaian untuk masing-masing gambar adalah sama, hal ini karena beban yang dialami oleh sistem sensor juga sama, yaitu berat kendaraan dan pengendaranya. Sedangkan periode masing-masing sinyal untuk naik-turun (charge-discharge) dipengaruhi oleh kecepatan kendaraan. Semakin cepat kendaraan, semakin kecil waktu yang diperlukan untuk charge-discharge. Sifat ini sangat menguntungkan untuk pengukuran-pengukuran beban dinamik (dynamic load measurements).

Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan di atas, maka dapat dikatakan bahwa material film PVDF sangat baik untuk pengukuran beban dinamik (dynamic load measurement), sehingga dapat digunakan sebagai traffic load sensor. Eksperimen aplikasi di jalan raya (kondisi yang sesungguhnya) perlu dilakukan untuk mengetahui desain mekanik-elektrik yang paling optimal.

Material Piezoelektrik

1. Piezoelektrivitas

Piezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yangditerapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen tersebut. Sumber fenomena ini

adalah adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton.

Piezoelektrisitas adalah nama sebuah fenomena yang agak mirip dengan piezoresitas. Piezoelktrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pda permukaan segmen tersebut. Sumber feonomena ini adalah adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal .Pada kristal kwarsa bila ada gaya yang diterapkan pada sepanjang sumbu X padas kristal akan menimbulkan muatan positif dan negative pada sisi sisi yang berlawanan dari kristal sepanjang sumbu Z. Reganagn (strain) yang disebabkan oleh gaya tersebut cenderung menimbulkan perprmdahan fisis muatan dalam satuan.

Polarisasi kristal in mengakibatkan terjadinya akumulasi muatan yang tergantung pada persamaan berikut :

Q (muatan ) = d F

Pada kenyataanya, gaya adalah suatu besaran vektor, dan d (konstanta regangtan piezoelektrik) adalah suatu matrik 3 x 3. Gaya sepanjang sumbu akan meenghasilakan muatan di sepanjang sumbu x, y dan z. dengan muatan sum\bu x diberikan oleh koefisien d 11 matrik. Muatan sepanjang sumbu y diberikan oleh koefisien d21 dan begitu seterusnya. Koefisien pizoelektrik telah ditabelkan untuk beberapa bahan (terutama dalam bahan koefisien yang besar). Nilai koefisien muatan piezoelktrik berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton.

Efek piezoelektrisitas adalah refersible (dapat balik) yaitu penerapan tegangan pada kristal kuarsa dapat menghasilkan perubahan dimensi kristal. Efeknya sangat mirip dan koefisiennya juga sama. Pada perhitungan diatas juga diperoleh hasil gaya 1 N akan menghasilkan sinyal 0,1 V.

Perlu dicatat bahwa persamaan tersebut hanya tergantung pada konstanta regangan piezoeelektrik, konstanta dielektrik dan modulus young. Hal ini berarti bahwqa perubahan material piezoelektrik tidak tergantung pada bahan materialnya.

Hal menarik lainnya adalah bahwa piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik (gambar 2). Karena fenomena ini, ada suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan pada piezoelektrik setelah diberikan suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi kebocorannya.

Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek inmi, piezoelektrik kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat suatu benda.

Aspek penting lainnya dalam penggunaan piezoelektrik adalah adanya kennyataan bahwa material piezoelektrik dibuat melalui proses kristalisasi kisi-kisi (laticce) dalam susunan tertentu. Hal tersebut dilakukan dengan memanskan kristal samapi diatas suhu Curie sambil menerapkan tegangan pada elektrodanya. Jika kristal telah dipanaskan mendekati suhu Curie, material

tersebut dapat menjadi “ de pole “ yang dapat menghasilkan pengurangan sensitifitas piezoelektrik. Untuk beragam material, suhu curie ini berada antara 50 – 600 ° C. pemanasan dibawah suhu Curie dapat membatasi penggunaan sensor ini.

Meskipun demikian, elemen piezoelektrik juga mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan mekanisme sensing yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti piezoelektrik sangat berguna. Tambahan lagi, efek piezoelektrik memiliki hukum penyekalaan yang menarik sehingga bermanfaat pada piranti yang kecil. Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk sinyal yang berubah-ubah terhadap waktu. Sensing piezoelektrik tidak dapat beoperasi untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing piezoelectric.

 Awal mula Bahan Piezoelektrik

Kata piezoelektrik berasal bahasa Latin, piezein yang berarti diperas atau ditekan dan piezo yang bermakna didorong. Bahan piezoelektrik ditemukan pertama kali pada tahun 1880-an oleh Jacques dan Pierre Curie. Kata piezo berarti tekanan, sehingga efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk ketika material dikenai tekanan mekanik. Mereka mengombinasikan pengetahuan mereka akan piroelektrisitas (kemampuan bahan-bahan tertentu untuk menghasilkan sebuah potensial listrik saat bahan-bahan itu dipanaskan atau didinginkan) dengan pemahaman akan struktur dan perilaku sebuah kristal. Keduanya kemudian mendemonstrasikan efek piezoelektrik pertama dengan menggunakan kristal turmalin, kuarsa, ratna cempaka, dan garam rossel. Dari uji coba tersebut diketahui bahwa kristal kuarsa dan garam rossel memperlihatkan kemampuan piezoelektrisitas paling besar saat itu. Piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis.

Karakteristik Material Piezoelektrik

Material Piezoelektrik adalah keramik yang terpolarisasi, seperti material quartz (SiO2) atau barium titanate (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan listrik material berubah dimensinya akibat gaya mekanik. Keramik yang terpolarisasi disini yaitu beberapa bagian molekul bermuatan positif dan sebagian yang lain bermuatan negative dengan elektroda-elektroda yang menempel pada dua sisi yang berlawanan. Pada saat medan listrik melewati material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Penyesuaian molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi. Fenomena tersebut dikenal dengan electrostriction (efek piezoelektrik) Barium titanate dan zirconate titanate merupakan material piezoelektrik buatan manusia. Di alam ada

banyak material alami yang dapat memberikan efek piezoelektrik, seperti berlinite, kuarsa, turmalin, dan garam rossel. Material jenis ini antara lain yaitu lapisan tipis rhombohedral lead zirconium titanate (PZT) sebagai actuator untuk MEMS, lapisan tipis aluminium nitride (AIN) sebagai filterfr atau resonantor (orde GHZ)

berbasis efek surface acoustic wave (SAW), komposit piezoelektrik seperti serbuk keramik PTCa yang didispersikan dalam epoxy digunakan sebagai actuator pembalik (listrik menjadi energy mekanik)

Prinsip Kerja

Piezoelektrisitas adalah kemampuan dari suatu benda (pada umumnya kristal dan keramik) untuk menghasilkan potensial listrik sebagai response terhadap tekanan mekanik yang diberikan. Efek piezoelektrik adalah suatu efek yang reversible, dimana terdapat efek piezoelektrik langsung (direct piezoelectric effect) dan efek piezoelektrik balikan (converse piezoelectric effect). Efek piezoelektrik langsung adalah produksi potensial listrik akibat adanya tekanan mekanik. Sedangkan efek piezoelektrik balikan adalah produksi tekanan akibat pemberian tegangan listrik, contohnya adalah kristal lead zirconate titanate yang akan mengalami perubahan dimensi sampai maksimal 0.1 % jika diberi tegangan listrik.

Pada sebuah kristal piezoelektrik, muatan listrik positif dan muatan listrik negatif adalah terpisah, namun tersebar secara simetris. Sehingga secara keseluruhan kristal bersifat netral.

Masing-masing sisi membentuk kutub listrik. Dan ketika suatu tekanan mekanik diterima oleh kristal piezoelektrik bentuk simetris dari tiap-tiap muatan listrik tersebut berubah menjadi tidak simetris yang akan menghasilkan tegangan listrik. Sebagai contoh, 1 cm kubik kristal quartz dengan tekanan mekanik sebesar 2000 Newton akan menghasilkan tegangan listrik sebesar 12500 Volt. Berdasarkan arah datangnya tekanan, terdapat tiga operasi yang dapat dilakukan yaitu transverse effect, longitudinal effect, dan shear effect. Berdasarkan teknologi piezoelektrik beberapa besaran fisika dapat diukur, yang paling umum adalah tekanan dan kecepatan. Spesifikasi Piezoelektrisitas adalah efek gabungan dari sifat elektris bahan yaitu Fluks listrik, Permitivitas listrik, Medan listrik. Hukum Hooke.

Implementasi Sensor

Implementasi Sensor Piezoelectric ini yaitu dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan pengukuran beban-beban mekanis dan dinamis, mulai dari bidang structural engineering, hydrodynamics exsperiment, mechanical engineering, ataupun sport engineering.

Selain itu dengan menggunakan bahan sensor piezoelectric atau tipe sensor yang lain maka implementasinya juga bias bermacam-macam, contohnya sensor ini biasanya digunakan sebagai alat pendeteksi kadar gula dalam darah, mendeteksi jantung, dan lain-lain. Pemillihan alat ini

sesuai dengan karakteristik dan keperluan masing-masing/fungsi masing-masing alat yang dibutuhkan.

Kelemahan dan Kekurangan material Piezoelektrik

Adapun kelemahannya adalah piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan pada piezoelektrik setelah diberikan suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi kebocorannya. Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek ini, piezoelektrik kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat suatu benda. Aspek penting lainnya dalam penggunaan piezoelektrik adalah adanya kenyataan bahwa material piezoelektrik dibuat melalui proses kristalisasi kisi-kisi (laticce) dalam susunan tertentu. Hal tersebut dilakukan dengan memanskan kristal samapi diatas suhu Curie sambil menerapkan tegangan pada elektrodanya. Jika kristal telah dipanaskan mendekati suhu Curie, material tersebut dapat menjadi “ de pole “ yang dapat menghasilkan pengurangan sensitifitas piezoelektrik. Untuk beragam material, suhu curie ini berada antara 50 – 600 ° C. pemanasan dibawah suhu Curie dapat membatasi penggunaan sensor ini. Meskipun demikian, elemen piezoelektrik juga mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan mekanisme sensing yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti piezoelektrik sangat berguna. Tambahan lagi, efek piezoelektrik memiliki hukum penyekalaan yang menarik sehingga bermanfaat pada piranti yang kecil. Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk sinyal yang berubah-ubah terhadap waktu. Sensing piezoelektrik tidak dapat beoperasi untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing piezoelectric.

Aplikasi material Piezoelektrik

Aplikasi yang selama ini dianggap paling sesuai menggunakan efek piezoelektrik adalah sumber energi bertegangan tinggi, sensor, dan motor piezoelektrik. Ke depannya penggunaan efek tersebut untuk perangkat elektronik akan lebih bervariasi disebabkan kecenderungan manusia untuk memperkecil segala alat aplikatif agar terkesan lebih efisien. Bahkan, efek itu menjadi pelopor dari penanaman chip ke dalam tubuh manusia karena sumber energi yang dihasilkan harus didapatkan langsung dari gerak dalam tubuh itu sendiri. Aplikasi piezoleketrik anatara lain:

•           Penghasil listrik tegangan tinggi

Pemanfaatan Bahan Piezoelektrik ahan piezoelektrik dapat menghasilkan beda potensial ngga ribuan volt sehingga banyak digunakan sebagai umber tegangan tinggi.

Piezoelektrik sudah mulai digunakan di Jepang, tepatnya di stasiun kereta api listrik di Jepang. Nama stasiun KRL tersebut adalah East Japan Railway Company (JR East). Awalnya manajemen stasiun ini hanya ingin mencari alternatif energi untuk memberikan energi ke sistem ticketing, display keberangkatan, dan lampu penerangan.

Dengan permisalan satu langkah kecil dapat menyalakan lampu dengan daya 60 Watt selama satu detik. Dengan sedikit perhitungan maka JR East Station yakin bahwa dengan lantai yang efektif diinjak sebesar 25 meter kuadrat maka akan menghasilkan daya sebesar 1.400 kW. Energi ini dapat menjalankan satu buah kereta listrik

Penggunaan Piezoelektrik Sensor

Pendeteksian jenis-jenis tekanan dalam bentuk Suara adalah bentuk dasar dari aplikasi sensor misalnya, Piezoelektrik mikropon (gelombang suara akan membengkokkan materi piezoelektrik, kemudian membuat perubahan tegangan listrik) dan Piezoelektrik pickup yang digunakan pada Gitar Listrik. Piezo sensor diletakan pada bagian intrumen yang di kenal sebagai kontak mikropon. Piezoelektrik sensor secara khusus juga digunakan pada frekuensi suara yang tinggi pada Ultrasonic tranducer untuk pencitraan Medis dan juga pada test industri nondestruktif (NDT). Untuk beberapa teknik sensor, sensor dapat bertindak sebagai sensor dan juga sebagai aktuator, seringkali istilah transducer lebih disukai ketika alat itu memiliki dua kemampuan, namun kebanyakan alat piezoelektrik memiliki dua kemampuan tersebut baik digunakan atau tidak. Ultrasonik transducer contohnya, ia dapat memasukkan gelombang ultra pada dirinya dan juga menerima hasil dari gelombang itu dan mengubahnya menjadi sinyal elektrik. kebanyakan sensor suara ultrasonik pada alat kesehatan adalah piezoelektrik. Selain yang disebutkan di atas, jenis aplikasi sensor juga termasuk Piezoelektrik elemen yang juga digunakan untuk mendeteksi dan pembangkit gelombang sonar. Piezoelektrik mikrobalance digunakan sebagai sensor bilolog dan kimia yang sangat sensitif. Piezoelektrik terkadang digunakan pada meteran tegangan.

Sistem manajemen mesin pada otomotif juga menggunakan piezoelektrik tranducers untuk mendeteksi adanya letupan, dengan men-sampling getaran blok mesin. Piezoelektrik tranducers juga digunakan pada unit drum elektrik untuk mendeteksi sentuhan stik drum.

Kesimpulan

Efek Piezoelektrik adalah efek dimana terjadi perubahan dari energimekanik menjadi energi elektrik. Piezoelektrik bekerja jika tekanan yangdigunakan untuk Kristal yang terpolarisasi, menimbulkan bentuk mekanikyang berbeda dalam beban elektrik. Prinsipnya adalah pembangkitan gglbahan Kristal piezo akibat gaya dari luar. Aplikasi dari Kristal piezoelektrikini dapat digunakan untuk alat-alat yang menghasilkan suara, kecepatan,percepatan, tekanan. Kristal piezoelektrik termasuk jenis Self Generating Tranduser  (TranduserPembangkit Sendiri) yaitu transduser yang hanya memerlukan satu sumberenergi. Ciri tranduser ini adalah di hasilkannya suatu energy listrik daritranduser secara langsung. Dalam hal ini transduser berperan sebagaisumber tegangan. Oleh karena itu piezoelektrik juga merupakan tranduseraktif.Munculnya teknologi piezoelektrik langsung berkaitan dengan serangkaiankeuntungan yang melekat. Modulus tinggi elastisitas dari banyak bahanpiezoelectric dibandingkan dengan berbagai logam dan naik menjadi 105 N /m². Meskipun piezoelektrik adalah sistem elektromekanis yang bereaksipada kompresi, unsur-unsur penginderaan defleksi menunjukkan hampir nol.   Yang menjadikan karakteristik dari piezoelektrik memiliki frekuensi yangsangat tinggi dan linearitas yang sangat baik terhadap rentang amplitudoyang lebar. Selain itu, teknologi piezoelectric tidak sensitif terhadap medanelektromagnetik dan radiasi, memungkinkan pengukuran di bawah kondisiyang sulit. Beberapa bahan yang digunakan (terutama galium fosfat tauturmalin) memiliki stabilitas suhu lebih ekstrim jangkauan kerja hingga 1000° C. Tourmaline menunjukkan Piroelektrisitas di samping efek piezoelektrik,ini adalah kemampuan untuk menghasilkan sinyal listrik saat suhuperubahan kristal.