Piezoelektrični senzor: vezje, specifikacije in aplikacije

Senzorji so naprave, ki se uporabljajo za zaznavanje ali zaznavanje različnih vrst fizikalnih količin iz okolja. Vhod je lahko svetloba, toplota, gibanje, vlaga, tlak, vibracije itd. Ustvarjeni izhod je običajno električni signal, sorazmeren uporabljenemu vhodu. Ta izhod se uporablja za kalibriranje vhoda ali pa se izhodni signal prenese po omrežju za nadaljnjo obdelavo. Glede na vhod, ki ga je treba izmeriti, obstajajo različne vrste senzorjev. Na osnovi živega srebra termometer deluje kot a temperaturni senzor , senzor za kisik v avtomobilih nadzoruje emisije kisika, fotosenzor zazna prisotnost vidne svetlobe. V tem članku bi opisali piezoelektrični senzor . Prosimo, glejte povezavo, če želite izvedeti več o piezoelektrični učinek .

Opredelitev piezoelektričnega senzorja

Senzor, ki deluje po principu piezoelektričnost je znan kot piezoelektrični senzor. Kjer je piezoelektričnost pojav, kjer proizvedena električna energija če na material deluje mehanska napetost. Vsi materiali nimajo piezoelektričnih lastnosti.

Piezoelektrični senzor

Obstajajo različne vrste piezoelektričnih materialov. Primeri piezoelektrični materiali so naravni monoskristalni kremen, kosti itd ... Umetno izdelani, kot je PZT keramika itd ...

Delo piezoelektričnega senzorja

Pogosto izmerjene fizikalne veličine s piezoelektričnim senzorjem so pospešek in tlak. Tako senzorji tlaka kot pospeška delujejo po istem principu piezoelektričnosti, vendar je glavna razlika med njima način delovanja sile na njihov senzorski element.

V tlačnem senzorju je na masivno podlago postavljena tanka membrana, ki prenese uporabljeno silo na piezoelektrični element . Po pritisku na to tanko membrano se piezoelektrični material naloži in začne proizvajati električne napetosti. Proizvedena napetost je sorazmerna s pritiskom.

V merilniki pospeška , je na kristalni element pritrjena potresna masa za prenos uporabljene sile na piezoelektrične materiale. Pri uporabi gibanja je potresna masna obremenitev piezoelektričnega materiala v skladu s Newtonov drugi zakon gibanja. Piezoelektrični material ustvarja naboj, ki se uporablja za umerjanje gibanja.

Skupaj z a se uporablja element za kompenzacijo pospeška senzor tlaka saj ti senzorji lahko zajemajo neželene vibracije in prikazujejo napačne odčitke.

Vezje piezoelektričnega senzorja

Zgoraj je podan notranji tokokrog piezoelektričnega senzorja. Upor Ri je notranji upor ali odpornost izolatorja. Induktivnost je posledica vztrajnosti senzor . Kapaciteta Ce je obratno sorazmerna elastičnosti materiala senzorja. Za ustrezen odziv senzorja morata biti odpornost proti obremenitvi in ​​puščanju dovolj velika, da se ohranijo nizke frekvence. Senzor lahko imenujemo tlak pretvornik v električnem signalu. Senzorji so znani tudi kot primarni pretvorniki.

Piezoelektrični senzor

Specifikacije piezoelektričnega senzorja

Nekatere osnovne značilnosti piezoelektričnih senzorjev so

• • Območje merjenja: Za to območje veljajo merilne omejitve.

• • Občutljivost S: Razmerje spremembe izhodnega signala ∆y do signala, ki je povzročil spremembo ∆x.
    S = ∆y / ∆x.
  • Zanesljivost: To upošteva sposobnost senzorjev, da v določenih pogojih delovanja ohranijo značilnosti v določenih mejah.

Poleg teh so nekatere specifikacije piezoelektričnih senzorjev prag reakcije, napake, čas indikacije itd ...

• Ti senzorji vsebujejo vrednost impedance ≤ 500Ω.
• Ti senzorji običajno delujejo v temperaturnem območju od približno -20 ° C do + 60 ° C.
• Te senzorje je treba hraniti pri temperaturi med -30 ° C in + 70 ° C, da se prepreči njihova razgradnja.
• Ti senzorji so zelo nizki Spajkanje temperatura.
• Občutljivost na napetost piezoelektričnega senzorja je 5V / µƐ.
• Zaradi svoje visoke prožnosti je kremen najbolj priljubljen material kot piezoelektrični senzor.

Piezoelektrični senzor z uporabo Arduina

Ker moramo vedeti, kaj je piezoelektrični senzor, si oglejmo preprosto uporabo tega senzorja z uporabo Arduina. Tu poskušamo preklopiti LED, ko senzor tlaka zazna dovolj sile.

Potrebna strojna oprema

• Arduino plošča .
• Piezoelektrični senzor tlaka.
• LED
• Upor 1 MΩ.

Shema vezja:

• Tu je pozitivni kabel senzorja, označen z rdečo žico, povezan z analognim zatičem A0 plošče Arduino, medtem ko je negativni kabel, označen s črno žico, povezan z maso.
• Upor 1 MΩ je vzporedno priključen na piezo element, da se omeji napetost in tok, ki ga proizvaja piezoelektrični element, in zaščiti analogni vhod pred neželenimi vibracijami.
• Anoda LED je priključena na digitalni zatič D13 Arduina, katoda pa na tla.

Shema vezja

Delo

V vezju je nastavljena mejna vrednost 100, tako da senzor ni aktiviran za tresljaje, manjše od praga. S tem lahko odpravimo neželene majhne vibracije. Ko je izhodna napetost, ki jo generira senzorski element, večja od mejne vrednosti, LED spremeni svoje stanje, tj. Če je v VISOKEM stanju, gre v LOW. Če je vrednost nižja od praga, LED ne spremeni svojega stanja in ostane v prejšnjem stanju.

Koda

const int ledPin = 13 // LED, priključen na digitalni pin 13
const int Senzor = A0 // Senzor, priključen na analogni zatič A0
const int prag = 100 // Prag je nastavljen na 100
int sensorReading = 0 // spremenljivka za shranjevanje vrednosti, prebrane s tipala senzorja
int ledState = NIZKO // spremenljivka, ki se uporablja za shranjevanje zadnjega stanja LED, za preklop luči

void setup ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // razglasi ledPin kot IZHOD
}

void loop ()
{
// preberemo senzor in ga shranimo v spremenljivko sensorReading:
sensorReading = analogRead (Sensor)

// če je odčitavanje senzorja večje od praga:
če (SensReading> = prag)
{
// preklop stanja ledPin:
ledState =! ledState
// posodobimo zatič LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
zamuda (10000) // zamuda
}
drugače
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // začetno stanje LED, tj. LOW.
}
}

Aplikacije piezoelektričnih senzorjev

• • Piezoelektrični senzorji se uporabljajo za zaznavanje šoka .

• • Aktivni piezoelektrični senzorji se uporabljajo za merilnik debeline, senzor pretoka.

• • Pasivni piezoelektrični senzorji so mikrofoni, merilniki pospeška, glasbeni sprejemniki itd.

• • Piezoelektrični senzorji se uporabljajo tudi za ultrazvočno slikanje.
  • Ti senzorji se uporabljajo za optične meritve, mikro gibljive meritve, elektroakustiko itd.

Tu gre torej za to, kaj je a piezoelektrični senzor , lastnosti, specifikacije in tudi preprosto povezovanje senzorja z uporabo plošče Arduino. Ti preprosti za uporabo senzorji najdejo prostor v različnih aplikacijah. Kako ste uporabili te senzorje v svojem projektu? Kaj je bil največji izziv, s katerim ste se srečali med uporabo teh senzorjev?