Piezoelectric Sensor: Circuit, Mga pagtutukoy at Application

Mga sensor ay mga aparato na ginagamit upang makita o maunawaan ang iba't ibang mga uri ng pisikal na dami mula sa kapaligiran. Ang pag-input ay maaaring ilaw, init, paggalaw, kahalumigmigan, presyon, panginginig atbp ... Ang output na nabuo ay karaniwang isang elektrikal na signal na proporsyonal sa inilapat na input. Ang output na ito ay ginagamit upang i-calibrate ang input o ang output signal ay nakukuha sa isang network para sa karagdagang pagproseso. Batay sa input na sinusukat mayroong iba't ibang mga uri ng mga sensor. Batay sa Mercury termometro gumaganap bilang a temperatura sensor , isang sensor ng Oxygen sa mga sistema ng kontrol sa paglabas ng mga kotse ang nakakakita ng oxygen, Nakita ng sensor ng Litrato ang pagkakaroon ng nakikitang ilaw. Sa artikulong ito, ilalarawan namin ang sensor ng piezoelectric . Mangyaring mag-refer sa link upang malaman ang tungkol sa epekto ng piezoelectric .

Kahulugan ng isang Piezoelectric Sensor

Ang isang sensor na gumagana sa prinsipyo ng piezoelectricity ay kilala bilang isang piezoelectric sensor. Kung saan ang piezoelectricity ay isang kababalaghan kung saan nabuo ang kuryente kung ang mekanikal na stress ay inilapat sa isang materyal. Hindi lahat ng mga materyales ay may mga katangian ng piezoelectric.

Piezoelectric Sensor

Mayroong iba't ibang mga uri ng mga materyal na piezoelectric. Mga halimbawa ng mga materyal na piezoelectric natural na magagamit na solong kristal na kuwarts, buto atbp… Artipisyal na panindang tulad ng PZT ceramic atbp ...

Paggawa ng isang Piezoelectric Sensor

Ang karaniwang sinusukat na pisikal na dami ng isang piezoelectric sensor ay ang Acceleration at Pressure. Ang parehong mga sensor ng presyon at pagpabilis ay gumagana sa parehong prinsipyo ng piezoelectricity ngunit ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan nila ay ang paraan ng pag-apply ng puwersa sa kanilang elemento ng sensing.

Sa sensor ng presyon, ang isang manipis na lamad ay inilalagay sa isang napakalaking base upang ilipat ang inilapat na puwersa sa elemento ng piezoelectric . Sa paglapat ng presyon sa manipis na lamad na ito, ang materyal na piezoelectric ay nai-load at nagsimulang bumuo ng mga de-koryenteng voltages. Ang nagawang boltahe ay proporsyonal sa dami ng inilapat na presyon.

Sa mga accelerometro , ang seismic mass ay nakakabit sa elemento ng kristal upang ilipat ang inilapat na puwersa sa mga materyal na piezoelectric. Kapag inilapat ang paggalaw, ang seismic mass load ay ang piezoelectric material ayon sa Ang pangalawang batas ni Newton ng paggalaw. Ang materyal na piezoelectric ay bumubuo ng singil na ginamit para sa pagkakalibrate ng paggalaw.

Ginamit ang isang elemento ng kompensasyon ng pagpabilis kasama ang a pressure sensor dahil ang mga sensor na ito ay maaaring kunin ang mga hindi nais na panginginig at ipakita ang maling pagbasa.

Piezoelectric Sensor Circuit

Ang isang panloob na circuit ng piezoelectric sensor ay ibinibigay sa itaas. Ang paglaban Ri ay ang panloob na pagtutol o paglaban ng insulator. Ang inductance ay dahil sa pagkawalang-kilos ng ang sensor . Ang capacitance Ce ay baligtad na proporsyonal sa pagkalastiko ng materyal na sensor. Para sa wastong tugon ng sensor, ang paglaban sa pagkarga at pagtagas ay dapat na sapat na malaki upang mapanatili ang mababang mga frequency. Ang sensor ay maaaring tawaging presyon transduser sa isang signal ng elektrisidad. Ang mga sensor ay kilala rin bilang pangunahing transduser.

Piezoelectric Sensor

Mga pagtutukoy ng Piezoelectric Sensor

Ang ilan sa mga pangunahing katangian ng piezoelectric sensor ay

• • Ang saklaw ng pagsukat: Ang saklaw na ito ay napapailalim sa mga limitasyon sa pagsukat.

• • Sensitivity S: Ratio ng pagbabago sa signal ng output ∆y sa signal na sanhi ng pagbabago ∆x.
    S = ∆y / ∆x
  • Pagiging maaasahan: Ang account na ito sa kakayahan ng mga sensor na panatilihin ang mga katangian sa ilang mga limitasyon sa ilalim ng itinakdang mga kundisyon sa pagpapatakbo.

Bukod sa mga ito, ang ilan sa mga pagtutukoy ng mga piezoelectric sensor ay isang threshold ng reaksyon, mga error, oras ng indication atbp ...

• Naglalaman ang mga sensor na ito bilang halaga ng Impedance na ≤500Ω.
• Ang mga sensor na ito sa pangkalahatan ay nagpapatakbo sa saklaw ng temperatura na humigit-kumulang -20 ° C hanggang + 60 ° C.
• Ang mga sensor na ito ay dapat itago sa isang temperatura sa pagitan ng -30 ° C hanggang + 70 ° C upang maiwasan ang pagkasira ng mga ito.
• Ang mga sensor na ito ay may napakababang Paghihinang temperatura
• Ang pagkasensitibo ng pilay ng isang sensor ng piezoelectric ay 5V / µƐ.
• Dahil sa mataas na kakayahang umangkop nito ang Quartz ay ang pinaka ginustong materyal bilang isang piezoelectric sensor.

Piezoelectric Sensor gamit ang Arduino

Tulad ng dapat nating malaman kung ano ang isang piezoelectric sensor, tingnan natin ang isang simpleng application ng sensor na ito gamit ang Arduino. Dito sinusubukan naming magpalipat-lipat ng isang LED kapag nakita ng pressure sensor ang sapat na puwersa.

Kinakailangan ang Hardware

• Board ng Arduino .
• Piezoelectric pressure sensor.
• LED
• 1 MΩ risistor.

Diagram ng Circuit:

• Dito ang positibong tingga ng sensor na ipinahiwatig na may pulang kawad ay konektado sa A0 analog pin ng Arduino board samantalang ang negatibong tingga na ipinahiwatig ng itim na kawad ay konektado sa lupa.
• Ang isang 1 MΩ risistor ay konektado kahanay sa elemento ng piezo upang limitahan ang boltahe at kasalukuyang ginawa ng elemento ng piezoelectric at upang maprotektahan ang input ng analog mula sa mga hindi nais na panginginig.
• Ang LED anode ay konektado sa digital pin D13 ng Arduino at ang cathode ay konektado sa lupa.

Schematic of Circuit

Nagtatrabaho

Ang isang halaga ng threshold na 100 ay nakatakda sa circuit upang ang sensor ay hindi maisaaktibo para sa mga panginginig ng boses na mas mababa sa threshold. Sa pamamagitan nito, maaari nating matanggal ang mga hindi ginustong maliit na pag-vibrate. Kapag ang output boltahe na nabuo ng elemento ng sensor ay mas malaki kaysa sa halaga ng threshold ang LED ay nagbabago ng estado nito ibig sabihin kung nasa mataas na estado na ito napupunta sa LOW. Kung ang halaga ay mas mababa kaysa sa threshold LED ay hindi binabago ang estado nito at mananatili sa dating estado nito.

Code

Const int ledPin = 13 // LED na konektado sa digital pin 13
Const int Sensor = A0 // Sensor na konektado sa analog pin A0
Const int threshold = 100 // Ang threshold ay nakatakda sa 100
int sensorReading = 0 // variable upang maiimbak ang halagang nabasa mula sa sensor pin
int ledState = MABABA // variable na ginamit upang iimbak ang huling katayuan ng LED, upang i-toggle ang ilaw

walang bisa ang pag-setup ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // ideklara ang ledPin bilang OUTPUT
}

walang bisa loop ()
{
// basahin ang sensor at iimbak ito sa variable sensorReading:
sensorReading = analogRead (Sensor)

// kung ang pagbabasa ng sensor ay mas malaki kaysa sa threshold:
kung (sensorReading> = threshold)
{
// i-toggle ang katayuan ng ledPin:
ledState =! ledState
// i-update ang LED pin:
digitalWrite (ledPin, ledState)
pagkaantala (10000) // pagkaantala
}
iba pa
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // ang paunang estado ng LED ie LOW.
}
}

Mga Application ng Piezoelectric Sensor

• • Ginagamit ang mga sensor ng Piezoelectric pagkakita ng pagkabigla .

• • Ginagamit ang mga aktibong piezoelectric sensor para sa kapalaran ng sukat, daloy ng sensor.

• • Ginagamit ang mga passive piezoelectric sensor na microphones, accelerometer, pickup ng musikal atbp ...

• • Ginagamit din ang mga sensor ng Piezoelectric para sa imaging ng ultrasound.
  • Ang mga sensor na ito ay ginagamit para sa mga pagsukat ng optic, mga pagsukat ng paglipat ng micro, electro acoustics atbp ...

Kaya, ito ay tungkol sa kung ano ang a sensor ng piezoelectric , mga pag-aari, pagtutukoy at simpleng pag-interfacing din ng sensor gamit ang Arduino board. Ang mga simpleng upang magamit na mga sensor ay makahanap ng isang lugar sa iba't ibang mga application. Paano mo nagamit ang mga sensor na ito sa iyong proyekto? Ano ang pinakamalaking hamon na kinaharap mo habang ginagamit ang mga sensor na ito?