高階壓電片驅動創新 應用無限拓展

【壓電片的應用】  
壓電陶瓷片在日常生活中廣泛應用，作為眾多科技產品中的關鍵元件。壓電片具有獨特的性能：當受到外力引起形變時，會產生電訊號；反之，施加電壓時，壓電片會產生形變。憑藉這種雙向的物理特性，壓電片既可作為感測器，檢測各種物理量的變化，又可作為發聲元件，將電能轉換為機械能，從而實現多種功能。
在感測器領域，其中常見的有像是壓電拾音器的應用。透過壓電片直接感應微小的聲音振動，並將其轉換為電訊號，供後續的音頻處理使用。例如，電吉他中的拾音器利用壓電效應，將琴弦的振動轉換為電訊號。此外，壓電片也可以應用於雨滴感測器，利用雨滴撞擊壓電片產生的微小振動進行感測，實時監測天氣變化。聲音偵測器也是典型的應用，能夠感知環境中的聲音變化，廣泛應用於安全監控和智慧家居系統。

【穿戴式醫療產品的興起】
當前，可攜式醫療產品已成為健康管理的新趨勢。這些產品強調便攜性和多功能性，讓使用者能夠隨時隨地監測自身的健康狀況。以血糖儀為例，對於糖尿病患者而言，定期監測血糖水平是維持健康的關鍵。現代血糖儀不僅需要精準地測量血糖值，還需透過壓電片發出聲音提示，讓使用者明確測量結果已出現或需要進行下一步操作(圖1)。

圖1. 壓電片在血糖機中之應用示意圖
壓電片在這些設備中的應用，提升了使用者的體驗和安全性。當使用者進行血糖測試或胰島素注射時，透過聲音提示可確保操作的正確性，避免因劑量不當而引發的健康風險。此外，其他穿戴式醫療設備，如心率監測器、睡眠追蹤器等，也廣泛利用壓電片來感測生理信號，提供精確的數據分析。藉由這些即時的健康資訊，使用者能夠更有效地管理自身健康，並在必要時及時尋求醫療協助。
[穿戴式裝置對壓電片之要求]
穿戴式裝置所使用的壓電片為了要可以放進裝置, 通常會使用20mm大小的壓電片, 其常見的主要頻率點都大約落在3500Hz起跳, 阻抗大約落在 250~1000歐姆之間(以12~20mm直徑之壓電片計算), 陶瓷面通常採用的是沒有印回授點(Feedback point)的陶瓷為主, 陶瓷加上金屬基片總厚度約落在0.25mm上下, 常見使用在該產品應用的壓電片金屬為黃銅材質, 價格通常較有優勢.

圖2 壓電片之阻抗分析示意圖
以(圖2)的壓電片來說, 常見的掃頻(20~20KHz)與喇叭的曲線表現不太相同, 喇叭的掃頻曲線通常是一個平坦區域 (一定頻率範圍內音壓會相同 ex. 1KHz~10KHz) 而壓電片的特性是在到達共振點時才會有一個最高音壓的峰值表現 (ex.單點4KHz) , 稍微離開共振頻率點後因壓就會大幅下降, 因此聲學應用端可使用在4KHz左右之頻段, 而感應器的應用或許可考慮在人類聽不到的19KHz頻段來當作軟體偵測之應用, 用在後者頻段若長時間運作也不會使使用者感到不舒服.

而針對壓電片的驅動線路來說, 市面上常見為採用單晶體線路作為主要驅動線路(圖3).

圖片3 蜂鳴片單晶體線路示意圖

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