Piezoelektrický senzor: Obvod, specifikace a aplikace

Senzory jsou zařízení používaná k detekci nebo snímání různých typů fyzikálních veličin z prostředí. Vstupem může být světlo, teplo, pohyb, vlhkost, tlak, vibrace atd. Generovaný výstup je obvykle elektrický signál úměrný použitému vstupu. Tento výstup se používá ke kalibraci vstupu nebo se výstupní signál přenáší po síti pro další zpracování. Na základě měřeného vstupu existují různé typy senzorů. Na bázi rtuti teploměr působí jako teplotní senzor , Senzor kyslíku v systému regulace emisí automobilů detekuje kyslík, Foto senzor detekuje přítomnost viditelného světla. V tomto článku bychom popsali piezoelektrický snímač . Další informace naleznete na odkazu piezoelektrický jev .

Definice piezoelektrického senzoru

Senzor, který pracuje na principu piezoelektřina je známý jako piezoelektrický senzor. Kde piezoelektřina je jev kde vyrábí se elektřina pokud na materiál působí mechanické namáhání. Ne všechny materiály mají piezoelektrické vlastnosti.

Piezoelektrický senzor

Existují různé typy piezoelektrických materiálů. Příklady piezoelektrické materiály jsou přírodní monokrystalický křemen, kost atd. Uměle vyráběné jako PZT keramika atd.

Práce s piezoelektrickým senzorem

Běžně měřené fyzikální veličiny piezoelektrickým senzorem jsou zrychlení a tlak. Snímače tlaku i zrychlení pracují na stejném principu piezoelektřiny, ale hlavním rozdílem mezi nimi je způsob, jakým je síla aplikována na jejich snímací prvek.

V tlakovém senzoru je na masivní základnu umístěna tenká membrána, která přenáší aplikovanou sílu na piezoelektrický prvek . Po aplikaci tlaku na tuto tenkou membránu se piezoelektrický materiál načte a začne generovat elektrická napětí. Vyrobené napětí je úměrné velikosti aplikovaného tlaku.

v akcelerometry , je na prvek krystalu připojena seismická hmota k přenosu aplikované síly na piezoelektrické materiály. Když je aplikován pohyb, seizmické hmotnostní zatížení je piezoelektrický materiál podle Newtonův druhý zákon pohybu. Piezoelektrický materiál generuje náboj používaný pro kalibraci pohybu.

Spolu s a se používá prvek kompenzace zrychlení snímač tlaku protože tyto snímače mohou zachytit nežádoucí vibrace a vykazovat nesprávné hodnoty.

Obvod piezoelektrického senzoru

Vnitřní obvod piezoelektrického snímače je uveden výše. Odpor Ri je vnitřní odpor nebo odpor izolátoru. Indukčnost je způsobena setrvačností senzor . Kapacita Ce je nepřímo úměrná pružnosti materiálu snímače. Pro správnou odezvu snímače musí být odpor zátěže a úniku dostatečně velký, aby byly zachovány nízké frekvence. Senzor lze nazvat tlakem převodník v elektrickém signálu. Senzory jsou také známé jako primární snímače.

Piezoelektrický senzor

Specifikace piezoelektrického senzoru

Některé ze základních charakteristik piezoelektrických senzorů jsou

• • Rozsah měření: Tento rozsah podléhá limitům měření.

• • Citlivost S: Poměr změny výstupního signálu ∆y k signálu, který způsobil změnu ∆x.
    S = ∆y / ∆x.
  • Spolehlivost: To odpovídá schopnosti senzorů udržovat charakteristiky v určitých mezích za stanovených provozních podmínek.

Kromě toho jsou některé ze specifikací piezoelektrických senzorů prahovou hodnotou pro reakci, chyby, dobu indikace atd.

• Tyto snímače obsahují hodnotu impedance ≤ 500 Ω.
• Tyto snímače obvykle pracují v teplotním rozsahu přibližně -20 ° C až +60 ° C.
• Tyto snímače musí být udržovány při teplotě mezi -30 ° C až +70 ° C, aby se zabránilo jejich degradaci.
• Tyto senzory mají velmi nízkou hodnotu Pájení teplota.
• Citlivost piezoelektrického snímače na napětí je 5V / µƐ.
• Křemen je díky své vysoké flexibilitě nejpreferovanějším materiálem jako piezoelektrický snímač.

Piezoelektrický senzor využívající Arduino

Protože musíme vědět, co je to piezoelektrický senzor, podívejme se na jednoduchou aplikaci tohoto senzoru pomocí Arduina. Zde se snažíme přepnout LED, když tlakový senzor detekuje dostatečnou sílu.

Je vyžadován hardware

• Deska Arduino .
• Piezoelektrický snímač tlaku.
• VEDENÝ
• 1 MΩ rezistor.

Kruhový diagram:

• Zde je kladný vodič snímače označený červeným vodičem připojen k analogovému kolíku A0 desky Arduino, zatímco záporný vodič označený černým vodičem je připojen k zemi.
• K piezoelektrickému prvku je paralelně připojen rezistor 1 MΩ, který omezuje napětí a proud produkovaný piezoelektrickým prvkem a chrání analogový vstup před nežádoucími vibracemi.
• LED anoda je připojena k digitálnímu kolíku D13 Arduina a katoda je připojena k zemi.

Schéma zapojení

Pracovní

Prahová hodnota 100 je nastavena na obvod, takže senzor není aktivován pro vibrace menší než prahová hodnota. Tímto způsobem můžeme eliminovat nežádoucí malé vibrace. Když je výstupní napětí generované senzorovým prvkem větší než prahová hodnota, LED změní svůj stav, tj. Pokud je ve vysokém stavu, přejde na LOW. Pokud je hodnota nižší než prahová hodnota, LED nezmění svůj stav a zůstane v předchozím stavu.

Kód

konst int ledPin = 13 // LED připojená k digitálnímu kolíku 13
konst int Senzor = A0 // Senzor připojený k analogovému pinu A0
konst int Prahová hodnota = 100 // Prahová hodnota je nastavena na 100
int sensorReading = 0 // proměnná pro uložení hodnoty načtené z kolíku snímače
int ledState = NÍZKÝ // proměnná použitá k uložení posledního stavu LED, k přepnutí světla

neplatné nastavení ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // deklaruje ledPin jako OUTPUT
}

neplatná smyčka ()
{
// načtěte senzor a uložte jej do proměnného senzoru Čtení:
sensorReading = analogRead (senzor)

// pokud je hodnota čidla větší než prahová hodnota:
if (sensorReading> = prahová hodnota)
{
// přepne stav ledPin:
ledState =! ledState
// aktualizovat pin LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
delay (10 000) // delay
}
jiný
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // počáteční stav LED, tj. LOW.
}
}

Aplikace piezoelektrických senzorů

• • Piezoelektrické snímače se používají pro detekce otřesů .

• • Aktivní piezoelektrické snímače se používají pro tloušťkoměry, snímače průtoku.

• • Pasivní piezoelektrické senzory se používají mikrofony, akcelerometr, hudební snímače atd ...

• • Piezoelektrické senzory se také používají pro ultrazvukové zobrazování.
  • Tyto snímače se používají pro optická měření, mikroskopická měření, elektroakustiku atd.

Jedná se tedy o to, co je piezoelektrický snímač , vlastnosti, specifikace a také jednoduché propojení senzoru pomocí desky Arduino. Tyto snadno použitelné senzory nacházejí místo v různých aplikacích. Jak jste použili tyto senzory ve svém projektu? Jaké největší výzvě jste při používání těchto senzorů čelili?