Senzor piezoelectric: circuit, specificații și aplicații

Senzori sunt dispozitive utilizate pentru a detecta sau detecta diferitele tipuri de mărimi fizice din mediu. Intrarea ar putea fi lumină, căldură, mișcare, umiditate, presiune, vibrații etc.… Ieșirea generată este de obicei un semnal electric proporțional cu intrarea aplicată. Această ieșire este utilizată pentru calibrarea intrării sau semnalul de ieșire este transmis printr-o rețea pentru procesare ulterioară. Pe baza intrării de măsurat există diferite tipuri de senzori. Pe bază de mercur termometru acționează ca un senzor de temperatura , un senzor de oxigen în sistemul de control al emisiilor auto detectează oxigenul, senzorul foto detectează prezența luminii vizibile. În acest articol, am descrie senzor piezoelectric . Vă rugăm să consultați linkul pentru a afla mai multe despre efect piezoelectric .

Definiția unui senzor piezoelectric

Un senzor care funcționează pe principiul piezoelectricitate este cunoscut sub numele de senzor piezoelectric. Unde piezoelectricitatea este un fenomen în care se generează electricitate dacă se aplică stres mecanic unui material. Nu toate materialele au caracteristici piezoelectrice.

Senzor piezoelectric

Există diferite tipuri de materiale piezoelectrice. Exemple de materiale piezoelectrice sunt disponibile cuarț monocristal, os etc. disponibile natural ... Fabricate artificial ca ceramica PZT etc ...

Funcționarea unui senzor piezoelectric

Mărimile fizice măsurate în mod obișnuit de către un senzor piezoelectric sunt Accelerarea și Presiunea. Atât senzorii de presiune, cât și de accelerație funcționează pe același principiu al piezoelectricității, dar principala diferență dintre ei este modul în care forța este aplicată elementului lor de detectare.

În senzorul de presiune, o membrană subțire este plasată pe o bază masivă pentru a transfera forța aplicată la element piezoelectric . La aplicarea presiunii pe această membrană subțire, materialul piezoelectric se încarcă și începe să genereze tensiuni electrice. Tensiunea produsă este proporțională cu cantitatea de presiune aplicată.

În accelerometre , masa seismică este atașată elementului de cristal pentru a transfera forța aplicată materialelor piezoelectrice. Când se aplică mișcare, sarcina de masă seismică este materialul piezoelectric conform A doua lege a lui Newton de mișcare. Materialul piezoelectric generează sarcină utilizată pentru calibrarea mișcării.

Un element de compensare a accelerației este utilizat împreună cu a senzor de presiune deoarece acești senzori pot prelua vibrațiile nedorite și pot afișa citiri false.

Circuit senzor piezoelectric

Un circuit intern al senzorului piezoelectric este prezentat mai sus. Rezistența Ri este rezistența internă sau rezistența izolatorului. Inductanța se datorează inerției senzorul . Capacitatea Ce este invers proporțională cu elasticitatea materialului senzorului. Pentru răspunsul adecvat al senzorului, rezistența la sarcină și scurgere trebuie să fie suficient de mare, astfel încât să se păstreze frecvențele joase. Un senzor poate fi numit presiune traductor într-un semnal electric. Senzorii sunt, de asemenea, cunoscuți ca traductori primari.

Senzor piezoelectric

Specificații senzor piezoelectric

Unele dintre caracteristicile de bază ale senzorilor piezoelectrici sunt

• • Gama de măsurare: Acest interval este supus limitelor de măsurare.

• • Sensibilitate S: Raportul de modificare a semnalului de ieșire ∆y la semnalul care a provocat modificarea ∆x.
    S = ∆y / ∆x.
  • Fiabilitate: Acest lucru contează capacitatea senzorilor de a menține caracteristicile în anumite limite în condiții operaționale stabilite.

Pe lângă acestea, unele dintre specificațiile senzorilor piezoelectrici sunt un prag de reacție, erori, timp de indicație etc ...

• Acești senzori conțin ca valoare de impedanță ≤500Ω.
• Acești senzori funcționează în general într-un interval de temperatură de aproximativ -20 ° C până la + 60 ° C.
• Acești senzori trebuie păstrați la o temperatură între -30 ° C și + 70 ° C pentru a preveni degradarea acestora.
• Acești senzori au un nivel foarte scăzut Lipire temperatura.
• Sensibilitatea la deformare a unui senzor piezoelectric este de 5V / µƐ.
• Datorită flexibilității sale ridicate, cuarțul este cel mai preferat material ca senzor piezoelectric.

Senzor piezoelectric folosind Arduino

Deoarece trebuie să știm ce este un senzor piezoelectric, să analizăm o aplicație simplă a acestui senzor folosind Arduino. Aici încercăm să comutăm un LED atunci când senzorul de presiune detectează suficientă forță.

Hardware necesar

• Placa Arduino .
• Senzor de presiune piezoelectric.
• LED
• Rezistor 1 MΩ.

Diagrama circuitului:

• Aici cablul pozitiv al senzorului indicat cu fir roșu este conectat la pinul analogic A0 al plăcii Arduino, în timp ce cablul negativ indicat cu firul negru este conectat la masă.
• Un rezistor de 1 MΩ este conectat în paralel cu elementul piezo pentru a limita tensiunea și curentul produs de elementul piezoelectric și pentru a proteja intrarea analogică de vibrațiile nedorite.
• Anodul LED este conectat la pinul digital D13 al Arduino, iar catodul este conectat la masă.

Schema circuitului

Lucru

O valoare de prag de 100 este setată la circuit, astfel încât senzorul să nu fie activat pentru vibrații mai mici decât pragul. Prin aceasta, putem elimina micile vibrații nedorite. Când tensiunea de ieșire generată de elementul senzorului este mai mare decât valoarea pragului, LED-ul își schimbă starea, adică dacă este în starea ÎNALTĂ, merge la LOW. Dacă valoarea este mai mică decât pragul, LED-ul nu își schimbă starea și rămâne în starea anterioară.

Cod

const int ledPin = 13 // LED conectat la pinul digital 13
const int Senzor = A0 // Senzor conectat la pinul analogic A0
const int prag = 100 // Pragul este setat la 100
int sensorReading = 0 // variabilă pentru a stoca valoarea citită de la pinul senzorului
int ledState = SCĂZUT // variabilă utilizată pentru a stoca ultima stare LED, pentru a comuta lumina

configurare nulă ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // declara ledPin ca OUTPUT
}

bucla nulă ()
{
// citiți senzorul și stocați-l în senzorul variabil
sensorReading = analogRead (senzor)

// dacă citirea senzorului este mai mare decât pragul:
if (sensorReading> = prag)
{
// comutați starea ledPin:
ledState =! ledState
// actualizați pinul LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
întârziere (10000) // întârziere
}
altceva
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // starea inițială a LED-ului, adică LOW.
}
}

Aplicații senzor piezoelectric

• • Senzorii piezoelectrici sunt folosiți pentru detectarea șocurilor .

• • Senzorii piezoelectrici activi sunt utilizați pentru manometrul grosimii, senzorul de debit.

• • Senzorii piezoelectrici pasivi sunt folosiți microfoane, accelerometru, pickup-uri muzicale etc.

• • Senzorii piezoelectrici sunt utilizați și pentru imagistica cu ultrasunete.
  • Acești senzori sunt utilizați pentru măsurători optice, măsurători în mișcare, electroacustică etc.

Astfel, totul este despre ceea ce este un senzor piezoelectric , proprietăți, specificații și, de asemenea, interfața simplă a senzorului utilizând placa Arduino. Acești senzori simpli de utilizat își găsesc un loc în diverse aplicații. Cum ați folosit acești senzori în proiectul dvs.? Care a fost cea mai mare provocare cu care te-ai confruntat când ai folosit acești senzori?