Ein piezoelektrischer Sensor ist ein Gerät, das Druck oder Dehnung mithilfe von Piezoelektrizität misst, einem Phänomen, bei dem bestimmte Materialien bei Verformung einen elektrischen Strom erzeugen können. So kann ein piezoelektrischer Sensor eine durch Kompression, Stoß, Beschleunigung oder Vibration auf ihn ausgeübte Kraft in ein elektrisches Signal umwandeln, dessen Stärke proportional zur Stärke der Kraft ist. Es gibt eine Reihe natürlich vorkommender Materialien, die diesen Effekt demonstrieren, insbesondere Quarz und Turmalin. Piezoelektrische Materialien können auch industriell synthetisiert werden. Synthetische piezoelektrische Materialien können Einkristallmaterialien sein, die natürlichen Kristallen ähnlich sind, jedoch mit verbesserten Eigenschaften, wie beispielsweise Galliumphosphatkristalle; piezokeramische Materialien wie Bleizirkonattitanat (PZT), die durch Sintern oder Erhitzen von pulverförmigen Bestandteilen in einem Ofen kostengünstig hergestellt werden können; und Polymere wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), die zu dünnen, flexiblen Filmen verarbeitet werden können.
Das von piezoelektrischen Sensoren erzeugte elektrische Signal fällt nach dem ersten Aufbringen der Kraft schnell ab. Damit sind sie zur Messung einer statischen Kraft ungeeignet; sie eignen sich jedoch hervorragend zum Messen von Kräften von sehr kurzer Dauer, wie beispielsweise Aufprallkräften. Einkristall- und piezokeramische Sensoren sind sehr steif und haben eine sehr hohe Eigenfrequenz. Die Eigenfrequenz eines Sensors schränkt seine Verwendung ein, da Messfehler auftreten, wenn die Frequenz der zu messenden Schwingung nahe der des Sensors liegt. Die hohe Eigenfrequenz eines piezoelektrischen Sensors ermöglicht es jedoch, sehr hohe Frequenzen genau zu messen. Damit lassen sich ungewöhnliche Schwingungsmuster erkennen, die durch Material- und Komponentenfehler entstehen können.
Einkristall- und piezokeramische Sensoren haben aufgrund ihrer hohen Steifigkeit oft ähnliche physikalische Eigenschaften wie die Werkstoffe wie Stahl, aus denen Werkzeuge und Maschinen hergestellt werden. Sensoren können daher als Teil ihrer Struktur in Werkzeuge und Maschinen eingebaut werden, so dass sie mit eingebauten Sensoren konstruiert werden können. Dieser piezoelektrische Sensortyp ist zudem sehr robust, kann starken Aufprallkräften standhalten und bei hohen Temperaturen effektiv arbeiten und wird in vielen industriellen Anwendungen zur Druck- und Dehnungsmessung von Materialien eingesetzt. Sie können auch zur Messung der Beschleunigung verwendet werden – wenn ein Objekt beschleunigt, übt es eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung aus, die von einem Sensor gemessen werden kann.
Piezoelektrische Sensoren haben eine Vielzahl weiterer Anwendungen. Eine häufige Anwendung sind Mikrofone, bei denen die von Schallwellen ausgeübte Kraft in elektrische Signale umgewandelt und aufgezeichnet oder verstärkt wird. Flexible, leichte piezoelektrische Materialien wie PVDF können in Touchscreens und Touchpads verwendet werden und finden auch Anwendungen in der wissenschaftlichen Forschung. So können zum Beispiel winzige Sensoren an Kleintieren und sogar Insekten angebracht werden, um deren Aktivität und Verhalten zu überwachen.