Piezoelektrični senzor: sklop, specifikacije i primjena

Senzori su uređaji koji se koriste za otkrivanje ili prepoznavanje različitih vrsta fizičkih veličina iz okoline. Ulaz može biti svjetlost, toplina, kretanje, vlaga, tlak, vibracije itd. Izlazni signal obično je električni signal proporcionalan primijenjenom ulazu. Ovaj izlaz koristi se za kalibriranje ulaza ili se izlazni signal prenosi mrežom za daljnju obradu. Na temelju ulaza koji treba izmjeriti postoje razne vrste senzora. Na bazi žive termometar djeluje kao a senzor temperature , Senzor za kisik u sustavu za kontrolu emisije automobila otkriva kisik, Foto senzor otkriva prisutnost vidljive svjetlosti. U ovom bismo članku opisali piezoelektrični senzor . Pogledajte vezu da biste saznali više o piezoelektrični efekt .

Definicija piezoelektričnog senzora

Senzor koji radi na principu piezoelektričnost poznat je kao piezoelektrični senzor. Gdje je piezoelektričnost fenomen gdje stvara se električna energija ako se na materijal primjenjuje mehaničko naprezanje. Nisu svi materijali piezoelektričnih karakteristika.

Piezoelektrični senzor

Postoje razne vrste piezoelektričnih materijala. Primjeri piezoelektrični materijali prirodno su dostupni monokristalni kvarc, kosti itd. ... Umjetno proizvedeni poput PZT keramike itd.

Rad piezoelektričnog senzora

Pijezoelektrični senzor najčešće mjeri fizikalne veličine su Ubrzanje i Tlak. I senzori tlaka i ubrzanja rade na istom principu piezoelektričnosti, ali glavna razlika između njih je način na koji sila djeluje na njihov osjetni element.

U osjetniku tlaka na masivnu podlogu postavljena je tanka membrana za prijenos primijenjene sile na piezoelektrični element . Primjenom pritiska na ovu tanku membranu, piezoelektrični materijal se opterećuje i počinje generirati električne napone. Proizvedeni napon proporcionalan je količini primijenjenog tlaka.

U akcelerometri , na kristalni element pričvršćena je seizmička masa za prijenos primijenjene sile na piezoelektrične materijale. Kada se primijeni gibanje, opterećenje seizmičke mase je piezoelektrični materijal prema Newtonov drugi zakon kretanja. Piezoelektrični materijal stvara naboj koji se koristi za kalibraciju gibanja.

Uz a koristi se element za kompenzaciju ubrzanja senzor tlaka jer ti senzori mogu hvatati neželjene vibracije i pokazivati ​​lažna očitanja.

Krug piezoelektričnog senzora

Gore je dan unutarnji krug piezoelektričnog senzora. Otpor Ri je unutarnji otpor ili otpor izolatora. Induktivitet je posljedica inertnosti senzor . Kapacitet Ce je obrnuto proporcionalan elastičnosti materijala senzora. Za pravilan odziv senzora, otpor opterećenja i curenja mora biti dovoljno velik da se očuvaju niske frekvencije. Senzor se može nazvati tlakom pretvarač u električnom signalu. Senzori su poznati i kao primarni pretvarači.

Piezoelektrični senzor

Specifikacije piezoelektričnog senzora

Neke od osnovnih karakteristika piezoelektričnih senzora su

• • Opseg mjerenja: Ovaj raspon podliježe mjernim ograničenjima.

• • Osjetljivost S: Omjer promjene izlaznog signala ∆y prema signalu koji je uzrokovao promjenu ∆x.
    S = ∆y / ∆x.
  • Pouzdanost: To objašnjava sposobnost senzora da zadrže karakteristike u određenim granicama pod zadanim radnim uvjetima.

Osim toga, neke specifikacije piezoelektričnih senzora su prag reakcije, pogreške, vrijeme indikacije itd ...

• Ti senzori sadrže vrijednost impedancije ≤500Ω.
• Ti senzori obično rade u temperaturnom rasponu od približno -20 ° C do + 60 ° C.
• Ove senzore treba držati na temperaturi između -30 ° C i + 70 ° C kako bi se spriječilo njihovo propadanje.
• Ti su senzori vrlo niski Lemljenje temperatura.
• Osjetljivost na deformaciju piezoelektričnog senzora je 5V / µƐ.
• Zbog svoje velike fleksibilnosti kvarc je najpoželjniji materijal kao piezoelektrični senzor.

Piezoelektrični senzor koji koristi Arduino

Kako moramo znati što je piezoelektrični senzor, pogledajmo jednostavnu primjenu ovog senzora pomoću Arduina. Ovdje pokušavamo uključiti LED kada senzor tlaka prepozna dovoljno snage.

Potreban hardver

• Arduino ploča .
• Piezoelektrični senzor tlaka.
• LED
• Otpornik od 1 MΩ.

Kružni dijagram:

• Ovdje je pozitivni kabel senzora označen crvenom žicom povezan na analogni pin A0 ploče Arduino, dok je negativni kabel crne žice spojen na masu.
• Otpor od 1 MΩ paralelno je povezan s piezo elementom radi ograničavanja napona i struje koje stvara piezoelektrični element i radi zaštite analognog ulaza od neželjenih vibracija.
• LED anoda je spojena na digitalni pin D13 Arduina, a katoda je povezana sa zemljom.

Shema kruga

Radno

Vrijednost praga 100 postavlja se u krug tako da se senzor ne aktivira za vibracije manje od praga. Ovim možemo eliminirati neželjene male vibracije. Kad je izlazni napon generiran od senzorskog elementa veći od vrijednosti praga, LED mijenja svoje stanje, tj. Ako je u VISOKOM stanju, prelazi u LOW. Ako je vrijednost niža od praga, LED ne mijenja svoje stanje i ostaje u prethodnom stanju.

Kodirati

konst int ledPin = 13 // LED dioda spojena na digitalni pin 13
konst int Senzor = A0 // Senzor spojen na analogni pin A0
konst int prag = 100 // Prag je postavljen na 100
int sensorReading = 0 // varijabla za pohranu vrijednosti očitane s pin-a senzora
int ledState = NISKO // varijabla koja se koristi za pohranjivanje zadnjeg statusa LED-a, za prebacivanje svjetla

void postavljanje ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // deklarirajte ledPin kao IZLAZ
}

petlja void ()
{
// očitavanje senzora i pohranjivanje u varijablu sensorReading:
sensorReading = analogRead (Sensor)

// ako je očitanje senzora veće od praga:
ako (čitanje senzora> = prag)
{
// prebacivanje statusa ledPina:
ledState =! ledState
// ažuriranje LED pina:
digitalWrite (ledPin, ledState)
kašnjenje (10000) // kašnjenje
}
drugo
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // početno stanje LED-a tj. LOW.
}
}

Primjene piezoelektričnih senzora

• • Piezoelektrični senzori se koriste za otkrivanje šoka .

• • Aktivni piezoelektrični senzori koriste se za mjerač debljine, osjetnik protoka.

• • Pasivni piezoelektrični senzori su korišteni mikrofoni, akcelerometar, glazbeni uređaji itd. ...

• • Piezoelektrični senzori također se koriste za ultrazvučno snimanje.
  • Ti se senzori koriste za optička mjerenja, mikro pokretna mjerenja, elektroakustiku itd.

Dakle, ovdje se radi o tome što je a piezoelektrični senzor , svojstva, specifikacije i također jednostavno povezivanje senzora pomoću Arduino ploče. Ovi jednostavni za upotrebu senzori pronalaze mjesto u raznim aplikacijama. Kako ste koristili ove senzore u svom projektu? Koji je bio najveći izazov s kojim ste se suočili dok ste koristili ove senzore?