Medição de Fenômenos Biológicos COB 783 Aula IX

Transdutores Piezoelétricos ● Produz um sinal elétrico quando excitado mecanicamente ● Produz um sinal mecânico quando excitado eletricamente ● A piezoeletricidade é então uma maneira de converter-se energia mecânica em energia elétrica, ou vice-versa.

Transdutores Piezoelétricos ● Fenômeno associado a geração de cargas elétricas na superfície de um material quando a ele é aplicada uma certa tensão mecânica capaz de deformá-lo ● Mudança da forma do material quando uma certa tensão elétrica é aplicada em algumas de suas superfícies.

Transdutores Piezoelétricos

Materiais ● Alguns cristais, cerâmicas e polímeros – Quartzo – Titanato de bário – PZT (titanato zirconato de chumbo) – PVDF (Polivinilo de Flúor) ● Sais de Rochelle

Aplicações ● Força, Pressão ● Vibrações, Aceleração, Umidade ● Sons cardíacos ● Ultra Som – Medição de fluxos – Cirurgia – Imagens...

Análise Fenomenológica ● Modelo mecânico – F = Força, v = velocidade ● Modelo elétrico

Problema mecânico ● Uma vez que uma força é aplicada a barra – Se houver deslocamentos do ponto  a barra não se deforma neste ponto – Se não houver deslocamento do ponto  a barra se deforma neste ponto ● Então a deformação é dada por

Problema mecânico ● Da lei de Hooke – Onde ● T = força/área (pressão) ● S = deformação ● Yo = módulo de Young – (módulo da elasticidade)

Problema elétrico ● A polarização elétrica – e – Onde ● PE = módulo do vetor de polarização ●  = susceptibilidade ● E = módulo do campo elétrico aplicado ● K = constante dielétrica ●  o = permissividade

Problema Piezoelétrico ● Problema mecânico + Problema Elétrico – Contribuição do campo elétrico na deformação mecânica – Contribuição da deformação mecânica no vetor de polarização dp= constante piezoelétrica

Problema Piezoelétrico ● Tensão aplicada ● Barra distende ● Sem tensão mecânica: T=0

Problema Piezoelétrico ● Força aplicada ● Barra contrai ● Campo elétrico externo E=0

Problema Piezoelétrico ● Tensão aplicada ● Força aplicada ● Ações se cancelam ● S=0

Problema Piezoelétrico ● Força aplicada ● Sem deslocamento de cargas ● PE=0

Energia Elétrica Armazenada ● No primeiro e no terceiro caso apresentados o transdutor se comporta como um capacitor – Onde

Energia Mecânica ● No segundo e quarto caso podemos dizer que houve trabalho mecânico – Força aplicada com deslocamento da barra

Coeficiente de acoplamento ● Definindo o coeficiente de acoplamento ● Pode ser demonstrado que