Sensorer är enheter som används för att upptäcka eller känna av olika typer av fysiska mängder från miljön. Ingången kan vara ljus, värme, rörelse, fukt, tryck, vibrationer etc ... Den genererade utgången är vanligtvis en elektrisk signal som är proportionell mot den applicerade ingången. Denna utgång används för att kalibrera ingången eller så utsänds utsignalen över ett nätverk för vidare bearbetning. Baserat på ingången som ska mätas finns det olika typer av sensorer. Kvicksilverbaserad termometer fungerar som en temperatursensor , en syresensor i bilens utsläppskontrollsystem detekterar syre, fotosensorn detekterar närvaron av synligt ljus. I den här artikeln skulle vi beskriva piezoelektrisk sensor . Se länken för att veta mer om piezoelektrisk effekt .

Definition av en piezoelektrisk sensor

En sensor som fungerar enligt principen om piezoelektricitet är känd som en piezoelektrisk sensor. Där piezoelektricitet är ett fenomen där el genereras om mekanisk belastning appliceras på ett material. Inte alla material har piezoelektriska egenskaper.

Piezoelektrisk sensor

Det finns olika typer av piezoelektriska material. Exempel på piezoelektriska material är naturligt tillgängliga enkelkristallkvarts, ben etc ... Artificiellt tillverkade som PZT keramik etc ...

Arbeta med en piezoelektrisk sensor

De vanligen uppmätta fysiska kvantiteterna av en piezoelektrisk sensor är acceleration och tryck. Både tryck- och accelerationssensorer arbetar på samma piezoelektricitetsprincip, men den största skillnaden mellan dem är hur kraften appliceras på deras avkänningselement.

I trycksensorn placeras ett tunt membran på en massiv bas för att överföra den applicerade kraften till piezoelektriskt element . Vid applicering av tryck på detta tunna membran laddas det piezoelektriska materialet och börjar generera elektriska spänningar. Den producerade spänningen är proportionell mot mängden tryck som appliceras.

I accelerometrar , är seismisk massa fäst vid kristallelementet för att överföra den applicerade kraften till piezoelektriska material. När rörelse appliceras belastar seismisk massa det piezoelektriska materialet enligt Newtons andra lag rörelse. Det piezoelektriska materialet genererar laddning som används för kalibrering av rörelse.

Ett accelerationskompensationselement används tillsammans med a Trycksensor eftersom dessa sensorer kan ta upp oönskade vibrationer och visa falska avläsningar.

Piezoelektrisk sensorkrets

En piezoelektrisk sensorns interna krets ges ovan. Motståndet Ri är det inre motståndet eller isoleringsmotståndet. Induktansen beror på trögheten hos sensorn . Kapacitansen Ce är omvänt proportionell mot sensormaterialets elasticitet. För att sensorn ska reagera korrekt måste belastningen och läckagemotståndet vara tillräckligt stor så att låga frekvenser bibehålls. En sensor kan kallas ett tryck givare i en elektrisk signal. Sensorer är också kända som primära givare.

Piezoelektrisk sensor

Specifikationer för piezoelektrisk sensor

Några av de grundläggande egenskaperna hos piezoelektriska sensorer är

- Mätområdet: Detta intervall är föremål för mätgränser.

- Känslighet S: Förhållandet mellan förändring av utsignalen ∆y och den signal som orsakade ändringen ∆x.
  S = ∆y / ∆x.
- Pålitlighet: Detta beror på sensorns förmåga att hålla egenskaper i vissa gränser under angivna driftsförhållanden.

Förutom dessa är några av specifikationerna för piezoelektriska sensorer en tröskel för reaktion, fel, indikeringstid osv ...

Dessa sensorer innehåller som impedansvärde ≤500Ω.
Dessa sensorer arbetar i allmänhet i ett temperaturintervall av cirka -20 ° C till + 60 ° C.
Dessa sensorer ska hållas vid en temperatur mellan -30 ° C och + 70 ° C för att förhindra nedbrytning.
Dessa sensorer har mycket låga Lödning temperatur.
Tömningskänsligheten hos en piezoelektrisk sensor är 5V / µƐ.
På grund av sin höga flexibilitet är kvarts det mest föredragna materialet som en piezoelektrisk sensor.

Piezoelektrisk sensor med Arduino

Eftersom vi måste veta vad en piezoelektrisk sensor är, låt oss titta på en enkel tillämpning av den här sensorn med Arduino. Här försöker vi växla en lysdiod när trycksensorn upptäcker tillräckligt med kraft.

Maskinvara krävs

Arduino styrelse .
Piezoelektrisk tryckgivare.
LED
1 MΩ motstånd.

Kretsschema:

Här är den positiva ledningen för sensorn indikerad med röd ledning ansluten till A0-analoga stift på Arduino-kortet, medan den negativa ledningen som anges med svart ledning är ansluten till jord.
Ett 1 MΩ motstånd är anslutet parallellt med piezo-elementet för att begränsa spänningen och strömmen som produceras av det piezoelektriska elementet och för att skydda den analoga ingången från oönskade vibrationer.
LED-anoden är ansluten till den digitala stiftet D13 på Arduino och katoden är ansluten till marken.

Kretsschema

Arbetssätt

Ett tröskelvärde på 100 är inställt på kretsen så att sensorn inte aktiveras för vibrationer mindre än tröskeln. Genom detta kan vi eliminera oönskade små vibrationer. När utgångsspänningen som genereras av sensorelementet är större än tröskelvärdet ändrar lysdioden sitt tillstånd, dvs. om den är i HÖGT tillstånd går den till LÅG. Om värdet är lägre än tröskellampan ändras inte dess tillstånd och förblir i sitt tidigare tillstånd.

Koda

konst int ledPin = 13 // LED ansluten till digital stift 13
konst int Sensor = A0 // Sensor ansluten till analog stift A0
konst int tröskel = 100 // Tröskelvärdet är satt till 100
int sensorReading = 0 // variabel för att lagra det lästa värdet från sensorstiftet
int ledState = LÅG // variabel som används för att lagra den senaste LED-statusen, för att växla ljuset

ogiltig installation ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // förklara ledPin som OUTPUT
}

ogiltig slinga ()
{
// läs sensorn och lagra den i den variabla sensornReading:
sensorReading = analogRead (sensor)

// om sensoravläsningen är större än tröskeln:
om (sensorReading> = tröskel)
{
// växla status för ledPin:
ledState =! ledState
// uppdatera LED-stiftet:
digitalWrite (ledPin, ledState)
fördröjning (10000) // fördröjning
}
annan
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // det ursprungliga tillståndet för LED dvs LOW.
}
}

Piezoelektriska sensorapplikationer

- Piezoelektriska sensorer används för stötdetektering .

- Aktiva piezoelektriska sensorer används för tjockleksmätare, flödesgivare.

- Passiva piezoelektriska sensorer används mikrofoner, accelerometer, musikaliska pickups etc ...

- Piezoelektriska sensorer används också för ultraljud.
- Dessa sensorer används för optiska mätningar, mikrorörande mätningar, elektroakustik etc ...

Således handlar det här om vad som är en piezoelektrisk sensor , egenskaper, specifikationer och även enkel gränssnitt mellan sensorn och Arduino-kortet. Dessa enkla att använda sensorer hittar en plats i olika applikationer. Hur har du använt dessa sensorer i ditt projekt? Vilken var den största utmaningen du mötte när du använde dessa sensorer?