Le principe d’un transducteur piézoélectrique est basé sur l’effet piézoélectrique présenté par certains matériaux, tels que le quartz, la céramique et les polymères. Ces matériaux ont des structures cristallines asymétriques qui leur permettent de générer une charge électrique lorsqu’ils sont stressés mécaniquement ou déformés. Dans un transducteur piézoélectrique, l’application d’un signal électrique alternatif au matériau piézoélectrique le fait se déformer ou vibrer mécaniquement. Inversement, lorsque les vibrations mécaniques ou la pression déforment le matériau, il génère un signal électrique. Cette double fonctionnalité permet aux transducteurs piézoélectriques de convertir l’énergie électrique en vibrations mécaniques (actionnement) ou des vibrations mécaniques en signaux électriques (détection), ce qui en fait des composants essentiels dans des appareils tels que des capteurs ultrasoniques, des transducteurs acoustiques et des actionneurs.
Le principe de la méthode piézoélectrique consiste à utiliser des matériaux piézoélectriques pour détecter ou générer des ondes ultrasoniques. Les ondes ultrasoniques sont des ondes sonores avec des fréquences supérieures à la limite audible supérieure de l’audition humaine, généralement supérieure à 20 000 Hz. Les matériaux piézoélectriques, tels que la céramique ou les cristaux, sont capables de convertir l’énergie électrique en vibrations mécaniques (transmission) et vice versa (réception) en raison de l’effet piézoélectrique. Dans les applications à ultrasons, un signal électrique est appliqué à un transducteur piézoélectrique, le faisant vibrer mécaniquement et émettre des ondes ultrasoniques. Inversement, lorsque les ondes à ultrasons frappent le transducteur, il génère un signal électrique proportionnel aux ondes reçues. Ce principe est fondamental dans les technologies telles que l’imagerie par échographie médicale, les tests industriels non destructeurs et les systèmes de sonar sous-marin.
Les transducteurs piézoélectriques fonctionnent en utilisant l’effet piézoélectrique pour convertir l’énergie mécanique en signaux électriques ou vice versa. Le transducteur se compose d’un matériau piézoélectrique, tel que du quartz ou du piézocéramique, pris en sandwich entre les électrodes. Lorsque des contraintes mécaniques ou des vibrations sont appliquées au transducteur, le matériau piézoélectrique génère une charge électrique proportionnelle à la déformation. Ce signal électrique est détecté par les électrodes et converti en un signal de tension, qui peut être amplifié et traité pour diverses applications. Les transducteurs piézoélectriques sont largement utilisés dans les capteurs, les actionneurs, les échographies et les instruments acoustiques en raison de leur sensibilité, de leur fiabilité et de leur capacité à fonctionner dans des environnements difficiles.
Le principe piézoélectrique en échographie consiste à utiliser des matériaux piézoélectriques pour générer et détecter les ondes ultrasoniques. Les ondes ultrasoniques sont des vibrations mécaniques avec des fréquences supérieures à la plage audible, généralement supérieure à 20 000 Hz. Dans les systèmes d’imagerie à ultrasons, un transducteur piézoélectrique émet des ondes ultrasoniques dans les tissus corporels. Ces ondes pénètrent dans les tissus et se reflètent sur les limites entre différents tissus ou organes, produisant des échos. Le même transducteur détecte ensuite les échos de retour car ils provoquent une déformation mécanique du matériau piézoélectrique, générant des signaux électriques. En analysant le délai et l’intensité de ces échos, les systèmes échographiques créent des images détaillées de structures internes, aidant dans le diagnostic médical, la surveillance fœtale et les inspections industrielles.
Le principe de travail d’un accéléromètre piézoélectrique est basé sur l’effet piézoélectrique, où certains matériaux génèrent une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique ou à l’accélération. Un accéléromètre piézoélectrique se compose d’un cristal piézoélectrique ou d’un élément céramique pris en sandwich entre deux masses sismiques. Lorsque l’accéléromètre connaît l’accélération ou les vibrations, les masses sismiques exercent une force sur l’élément piézoélectrique, ce qui le fait se déformer et générer une charge électrique. Cette charge est proportionnelle à l’accélération appliquée à l’accéléromètre et est mesurée par électronique externe. Les accéléromètres piézoélectriques sont largement utilisés dans les applications automobiles, aérospatiales et industrielles pour mesurer les vibrations, les chocs et les accélérations en raison de leur sensibilité élevée, de leur large réponse en fréquence et de leur capacité à résister à des environnements sévères.