Piezoelektrisk sensor: krets, spesifikasjoner og applikasjoner

Sensorer er enheter som brukes til å oppdage eller oppdage forskjellige typer fysiske størrelser fra miljøet. Inngangen kan være lys, varme, bevegelse, fuktighet, trykk, vibrasjoner osv ... Utgangen som genereres er vanligvis et elektrisk signal som er proporsjonalt med den påførte inngangen. Denne utgangen brukes til å kalibrere inngangen, eller utgangssignalet overføres over et nettverk for videre behandling. Basert på inngangen som skal måles, finnes det forskjellige typer sensorer. Kvikksølvbasert termometer fungerer som en temperatur sensor , en oksygensensor i bilens utslippskontrollsystem oppdager oksygen, fotosensor oppdager tilstedeværelsen av synlig lys. I denne artikkelen vil vi beskrive piezoelektrisk sensor . Se lenken for å vite mer om piezoelektrisk effekt .

Definisjon av en piezoelektrisk sensor

En sensor som fungerer på prinsippet om piezoelektrisitet er kjent som en piezoelektrisk sensor. Hvor piezoelektrisitet er et fenomen hvor strøm genereres hvis det påføres mekanisk belastning på et materiale. Ikke alle materialer har piezoelektriske egenskaper.

Piezoelektrisk sensor

Det finnes forskjellige typer piezoelektriske materialer. Eksempler av piezoelektriske materialer er naturlig tilgjengelig enkeltkrystallkvarts, bein osv ... Kunstig produsert som PZT keramikk osv ...

Arbeider av en piezoelektrisk sensor

De vanlige målte fysiske størrelsene med en piezoelektrisk sensor er akselerasjon og trykk. Både trykk- og akselerasjonssensorer fungerer på det samme prinsippet om piezoelektrisitet, men hovedforskjellen mellom dem er måten kraften blir påført på sensorelementet.

I trykksensoren plasseres en tynn membran på en massiv base for å overføre den påførte kraften til piezoelektrisk element . Ved påføring av trykk på denne tynne membranen blir det piezoelektriske materialet lastet og begynner å generere elektriske spenninger. Den produserte spenningen er proporsjonal med trykkmengden.

I akselerometre , er seismisk masse festet til krystallelementet for å overføre den påførte kraften til piezoelektriske materialer. Når bevegelse påføres, seismisk masselast det piezoelektriske materialet i henhold til Newtons andre lov av bevegelse. Det piezoelektriske materialet genererer ladning som brukes til kalibrering av bevegelse.

Et akselerasjonskompensasjonselement brukes sammen med a trykksensor da disse sensorene kan plukke opp uønskede vibrasjoner og vise falske avlesninger.

Piezoelektrisk sensorkrets

En piezoelektrisk sensor intern krets er gitt ovenfor. Motstanden Ri er den indre motstanden eller isolasjonsmotstanden. Induktansen skyldes tregheten av sensoren . Kapasitansen Ce er omvendt proporsjonal med elastisiteten til sensormaterialet. For riktig respons fra sensoren, må belastningen og lekkasjemotstanden være stor nok til at lave frekvenser blir bevart. En sensor kan kalles et trykk svinger i et elektrisk signal. Sensorer er også kjent som primære transdusere.

Piezoelektrisk sensor

Spesifikasjoner for piezoelektrisk sensor

Noen av de grunnleggende egenskapene til piezoelektriske sensorer er

• • Måleområdet: Dette området er underlagt målegrenser.

• • Følsomhet S: Forhold mellom endring i utgangssignal ∆y og signalet som forårsaket endringen ∆x.
    S = ∆y / ∆x.
  • Pålitelighet: Dette gjør det mulig for sensorene å holde karakteristikkene i visse grenser under angitte driftsforhold.

Foruten disse er noen av spesifikasjonene til piezoelektriske sensorer en terskel for reaksjon, feil, tidspunkt for indikasjon osv ...

• Disse sensorene inneholder som impedansverdi ≤500Ω.
• Disse sensorene opererer vanligvis i et temperaturområde på omtrent -20 ° C til + 60 ° C.
• Disse sensorene skal oppbevares ved en temperatur mellom -30 ° C og + 70 ° C for å forhindre at de forringes.
• Disse sensorene er veldig lave Lodding temperatur.
• Stammefølsomhet for en piezoelektrisk sensor er 5V / µƐ.
• På grunn av sin høye fleksibilitet er kvarts det mest foretrukne materialet som en piezoelektrisk sensor.

Piezoelektrisk sensor ved hjelp av Arduino

Da vi må vite hva en piezoelektrisk sensor er, la oss se på en enkel anvendelse av denne sensoren ved hjelp av Arduino. Her prøver vi å slå på en LED når trykksensoren oppdager nok kraft.

Maskinvare kreves

• Arduino-brett .
• Piezoelektrisk trykksensor.
• LED
• 1 MΩ motstand.

Kretsdiagram:

• Her er den positive ledningen til sensoren angitt med rød ledning koblet til A0-analoge pinnen på Arduino-kortet, mens den negative ledningen som er angitt med svart ledning er koblet til jord.
• En 1 MΩ motstand er koblet parallelt til piezo-elementet for å begrense spenningen og strømmen som produseres av det piezoelektriske elementet og for å beskytte den analoge inngangen mot uønskede vibrasjoner.
• LED-anoden er koblet til den digitale pinnen D13 på Arduino og katoden er koblet til bakken.

Skjematisk kretsløp

Arbeider

En terskelverdi på 100 er satt til kretsen slik at sensoren ikke aktiveres for vibrasjoner mindre enn terskelen. Ved dette kan vi eliminere uønskede små vibrasjoner. Når utgangsspenningen generert av sensorelementet er større enn terskelverdien, endrer lysdioden sin tilstand, dvs. hvis den er i HØY tilstand går den til LAV. Hvis verdien er lavere enn terskel-LED-en endrer ikke tilstanden og forblir i sin forrige tilstand.

Kode

konst int ledPin = 13 // LED koblet til digital pin 13
konst int Sensor = A0 // Sensor koblet til analog pin A0
konst int terskel = 100 // Terskel er satt til 100
int sensorReading = 0 // variabel for å lagre verdien som er lest fra sensorpinnen
int ledState = LAV // variabel som brukes til å lagre den siste LED-statusen, for å veksle lyset

ugyldig oppsett ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // erklære ledPin som OUTPUT
}

ugyldig sløyfe ()
{
// les sensoren og lagre den i den variable sensoren Lesing:
sensorReading = analogRead (Sensor)

// hvis sensoravlesningen er større enn terskelen:
hvis (sensorReading> = terskel)
{
// bytt status for ledPin:
ledState =! ledState
// oppdater LED-pinnen:
digitalWrite (ledPin, ledState)
forsinkelse (10000) // forsinkelse
}
ellers
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // den opprinnelige tilstanden til LED, dvs. LAV.
}
}

Piezoelektriske sensorapplikasjoner

• • Piezoelektriske sensorer brukes til støtdeteksjon .

• • Aktive piezoelektriske sensorer brukes til tykkelsesmåler, strømningssensor.

• • Passive piezoelektriske sensorer brukes mikrofoner, akselerometer, musikalske pickups osv ...

• • Piezoelektriske sensorer brukes også til ultralydavbildning.
  • Disse sensorene brukes til optiske målinger, mikrobevegelsesmålinger, elektroakustikk osv ...

Dermed handler alt om hva som er en piezoelektrisk sensor , egenskaper, spesifikasjoner og også enkel grensesnitt mellom sensoren og Arduino-kortet. Disse brukervennlige sensorene finner et sted i forskjellige applikasjoner. Hvordan har du brukt disse sensorene i prosjektet ditt? Hva var den største utfordringen du møtte mens du brukte disse sensorene?