Piesoelektriline takisti

Piesoelektriline takisti ehk piesotakisti (lühend PT; inglise keeles Force Sensing Resistor, lühend FSR) on takistite alamliik, mille takistus muutub, kui sellele rakendatakse jõudu. Kuigi lühend FSR ja Force Sensing Resistor on firma Interlink Electronics kaubamärk, kasutatakse neid laialdaselt kõikide PT-de ingliskeelse nimetusena.

Ajalugu

Põhimõtet, millel piesoelektrilised takistid töötavad, kasutati esmakordselt esimeses tänapäevases mikrofonis, mille leiutas Alexander Bell oma esimese telefoni jaoks. Mikrofonis olid kahe metallplaadi vahel süsinikust graanulid, mis muutsid oma elektritakistust, kui helilained põrkusid vastu metallplaati.
Moodsad PT-d kasutavad sama põhimõtet, kuid kuna graanulite suurus on mitu korda väiksem, saab nendega palju täpsemaid tulemusi. Tänapäevase piesotakisti leiutas 1977. aastal Franklin Eventoff, proovides digitaalseid instrumente senisest interaktiivsemaks muuta. Franklin Eventoff asutas firma Interlink Electronics, mis on praegu maailmas juhtiv PT-de tootja.

Tööpõhimõte

Kui andurile rakendatakse välist jõudu, siis aktiivne ala deformeerub vastu substraati. Õhk, mis asus plastist vahepuksi vahel, lükatakse läbi sabas asuva õhuava välja. Elektrit juhtiv materjal (polümeer või spetsiaalne tint) satub kontakti aktiivse alaga. Mida rohkem aktiivsest alast on kokkupuutes elektrit juhtiva materjaliga, seda rohkem tekib elektril võimalusi jõuda aktiivalast polümeeralasse ning seda madalamaks muutub takistus elementi läbivale voolule.
Kõik piesotakistid käituvad nagu lülitid: läheb vaja kindlat hulka jõudu, et murda anduri takistus puhkeasendis (umbes 1 megaoomist) ja viia ta mõõtepiirkonda (algab umbes 100 kilo-oomist).
Tööpõhimõttelt sarnaneb piesoelektriline takisti väga tensotajuriga. Ainus erinevus on, et tensoandur deformeerub ise kaasa koos resistiivse elemendiga, kuid piesoelektriline takisti seda ei tee ja vajab toetavat pinda. Seda on vajalik meeles pidada, kui hakatakse piesotakisteid kasutama.
Üks piesotakistite iseloomulikke omadusi on see, et takistus ei muutu lineaarselt vastavalt andurile rakendatud jõule. Takistus langeb kiiremini alguses, sest vaba ruum PT sees muutub kokkupressituks. See on kasulik, kui on tarvis katta suurt jõuvahemikku. 
PT väljundsignaal on monotoonne funktsioon anduri pinnast ja sellele rakendatud survest. Kui pinnale on avaldatud piisavalt survet, siis funktsioon muudab kiiresti kallet sensori küllastuse tõttu. Sellest punktist alates ei muutu väljundsignaal surve suurenemisel enam nii kiiresti.

Kalibreerimine

Kui on vaja, et piesotakisti väljund oleks väga täpne ja usaldusväärne, tuleb piesoelektriline takisti kalibreeridada, enne kui andur süsteemi integreeritakse. Võimendusteguri ja eelpinge trimmimine on üks moodus PT kalibreerimiseks.

Tööpiirkond

Piesotakistite tööpiirkond on tavaliselt 0,3–100 N. See on 30 g ~ 10 kg. Nii suur tööpiirkonna vahemik tähendab seda, et piesotakisteid saab kasutada väga paljudes erinevates seadmetes. Väljundiks annavad PT-d kasutavad seadmed pingeväärtuse (keerukamates skeemides ka jõuväärtuse njuutonites). Puhkeasendis on väljundväärtus väike, kuid mida rohkem PT peale surutakse, seda väiksemaks muutub takistus ja vastavalt Ohmi seadusele muutub väljundpinge suuremaks.

Piesotakisti valik

Valik oleneb sellest, kus on vaja PT-d kasutada ning missuguse suuruse ja kujuga andurit vaja läheb. Kaks kõige suuremat PT tootjat on Interlink Electronics ja Flexiforce. Interlink toodab piesotakisteid, mis on erineva kujuga, odavad ja tugevad, kuid sama mudeli erinevad eksemplarid varieeruvad omaduste poolest palju ja nad on aeglase reageerimisajaga. Flexiforce'i sensorid on täpsemad, aga kallimad ja õrnemad.

Kasutusalad

Piesotakisteid kasutatakse selleks, et luua puutetundlikke nuppe. Väga palju kasutatakse piesotakisteid muusikatööstuses pillide, näiteks süntesaatorite, elektriksülofonide ja MIDI-instrumentide valmistamisel. Piesotakisteid kasutatakse autoistmetes tuvastamaks, kas keegi istub istmel, ning paljudes kaasaskantavates elektroonikaseadmetes. Järjest laienev valdkond on robootika, kus piesotakisteid kasutatakse robootiliste sõrmede loomisel.