Sensoren zijn apparaten die worden gebruikt om de verschillende soorten fysieke grootheden uit de omgeving te detecteren of te detecteren. De input kan licht, warmte, beweging, vocht, druk, trillingen enz. Zijn… De output die wordt gegenereerd is meestal een elektrisch signaal dat evenredig is met de toegepaste input. Deze uitgang wordt gebruikt om de ingang te kalibreren of het uitgangssignaal wordt voor verdere verwerking via een netwerk verzonden. Op basis van de te meten input zijn er verschillende soorten sensoren. Op basis van kwik thermometer fungeert als een temperatuursensor , een zuurstofsensor in het emissiecontrolesysteem van auto's detecteert zuurstof, fotosensor detecteert de aanwezigheid van zichtbaar licht. In dit artikel beschrijven we de piëzo-elektrische sensor Raadpleeg de link voor meer informatie over de piëzo-elektrisch effect

Definitie van een piëzo-elektrische sensor

Een sensor die werkt volgens het principe van piëzo-elektriciteit staat bekend als een piëzo-elektrische sensor. Waar piëzo-elektriciteit een fenomeen is waar elektriciteit wordt opgewekt als mechanische spanning op een materiaal wordt uitgeoefend. Niet alle materialen hebben piëzo-elektrische eigenschappen.

Piëzo-elektrische sensor

Er zijn verschillende soorten piëzo-elektrische materialen. Voorbeelden van piëzo-elektrische materialen zijn natuurlijk verkrijgbaar monokristallijn kwarts, bot enz ... Kunstmatig vervaardigd zoals PZT-keramiek enz ...

Werking van een piëzo-elektrische sensor

De algemeen gemeten fysieke grootheden door een piëzo-elektrische sensor zijn versnelling en druk. Zowel druk- als versnellingssensoren werken volgens hetzelfde principe van piëzo-elektriciteit, maar het belangrijkste verschil tussen beide is de manier waarop kracht wordt uitgeoefend op hun sensorelement.

In de druksensor wordt een dun membraan op een massieve basis geplaatst om de uitgeoefende kracht over te brengen op de piëzo-elektrisch element Bij het uitoefenen van druk op dit dunne membraan wordt het piëzo-elektrische materiaal belast en begint het elektrische spanningen te genereren. De geproduceerde spanning is evenredig met de hoeveelheid toegepaste druk.

In versnellingsmeters wordt seismische massa aan het kristalelement bevestigd om de uitgeoefende kracht over te brengen op piëzo-elektrische materialen. Wanneer beweging wordt toegepast, is seismische massabelasting het piëzo-elektrische materiaal volgens Newton's tweede wet van beweging. Het piëzo-elektrische materiaal wekt lading op die wordt gebruikt voor het kalibreren van beweging.

Een versnellingscompensatie-element wordt gebruikt samen met een druksensor aangezien deze sensoren ongewenste trillingen kunnen opvangen en foutieve metingen kunnen laten zien.

Piëzo-elektrische sensorcircuit

Een piëzo-elektrische sensor intern circuit wordt hierboven gegeven. De weerstand Ri is de interne weerstand of isolatorweerstand. De inductie is te wijten aan de traagheid van de sensor De capaciteit Ce is omgekeerd evenredig met de elasticiteit van het sensormateriaal. Voor een juiste respons van de sensor moeten de belasting en de lekweerstand groot genoeg zijn zodat de lage frequenties behouden blijven. Een sensor kan een druk worden genoemd transducer in een elektrisch signaal. Sensoren worden ook wel primaire transducers genoemd.

Piëzo-elektrische sensor

Piëzo-elektrische sensor specificaties

Enkele van de basiskenmerken van piëzo-elektrische sensoren zijn

- Het meetbereik: Dit bereik is onderhevig aan meetgrenzen.

- Gevoeligheid S: Verhouding tussen verandering in uitgangssignaal ∆y en signaal dat de verandering veroorzaakte ∆x.
  S = ∆y / ∆x.
- Betrouwbaarheid: Dit verklaart het vermogen van de sensoren om de kenmerken onder bepaalde operationele omstandigheden binnen bepaalde grenzen te houden.

Daarnaast zijn enkele specificaties van piëzo-elektrische sensoren een reactiedrempel, fouten, indicatietijd enz.

Deze sensoren bevatten als impedantiewaarde ≤500Ω.
Deze sensoren werken doorgaans in een temperatuurbereik van circa -20 ° C tot + 60 ° C.
Deze sensoren moeten op een temperatuur tussen -30 ° C en + 70 ° C worden gehouden om degradatie te voorkomen.
Deze sensoren zijn erg laag Solderen temperatuur.
De spanningsgevoeligheid van een piëzo-elektrische sensor is 5V / µƐ.
Vanwege zijn hoge flexibiliteit is kwarts het materiaal met de meeste voorkeur als piëzo-elektrische sensor.

Piëzo-elektrische sensor met Arduino

Omdat we moeten weten wat een piëzo-elektrische sensor is, laten we eens kijken naar een eenvoudige toepassing van deze sensor met Arduino. Hier proberen we een LED in te schakelen wanneer de druksensor voldoende kracht detecteert.

Hardware vereist

Arduino-bord
Piëzo-elektrische druksensor.
LED
1 MΩ weerstand.

Schakelschema:

Hier is de positieve kabel van de sensor aangegeven met rode draad verbonden met de A0 analoge pin van het Arduino-bord terwijl de negatieve kabel aangegeven met zwarte draad is verbonden met aarde.
Een weerstand van 1 MΩ is parallel geschakeld met het piëzo-element om de spanning en stroom geproduceerd door het piëzo-elektrische element te beperken en om de analoge ingang te beschermen tegen ongewenste trillingen.
De LED-anode is verbonden met de digitale pin D13 van de Arduino en de kathode is verbonden met de aarde.

Schematische voorstelling van Circuit

Werken

Er wordt een drempelwaarde van 100 ingesteld op het circuit zodat de sensor niet wordt geactiveerd voor trillingen die lager zijn dan de drempel. Hierdoor kunnen we ongewenste kleine trillingen elimineren. Wanneer de uitgangsspanning die door het sensorelement wordt gegenereerd groter is dan de drempelwaarde, verandert de LED van toestand, d.w.z. als deze zich in de toestand HOOG bevindt, gaat deze naar LAAG. Als de waarde lager is dan de drempelwaarde, verandert de LED niet van status en blijft in de vorige status.

Code

const int ledPin = 13 // LED aangesloten op digitale pin 13
const int Sensor = A0 // Sensor aangesloten op analoge pin A0
const int drempel = 100 // Drempel is ingesteld op 100
int sensorReading = 0 // variabele om de waarde op te slaan die van de sensorpin wordt gelezen
int ledState = LAAG // variabele gebruikt om de laatste LED-status op te slaan, om het licht te schakelen

leegte setup ()

pinMode (ledPin, OUTPUT) // declareer de ledPin als OUTPUT

leegte lus ()

// lees de sensor en sla deze op in de variabele sensorReading:
sensorReading = analogRead (sensor)

// als de sensorwaarde groter is dan de drempel:
if (sensorReading> = drempel)

// schakel de status van de ledPin:
ledState =! ledState
// update de LED-pin:
digitalWrite (ledPin, ledState)
delay (10000) // vertraging

anders

digitalWrite (ledPin, ledState) // de begintoestand van LED, d.w.z. LOW.

Piëzo-elektrische sensortoepassingen

- Piëzo-elektrische sensoren worden gebruikt voor schok detectie

- Actieve piëzo-elektrische sensoren worden gebruikt voor diktemeter, stromingssensor.

- Passieve piëzo-elektrische sensoren zijn gebruikte microfoons, versnellingsmeter, muzikale pickups enz ...

- Piëzo-elektrische sensoren worden ook gebruikt voor echografie.
- Deze sensoren worden gebruikt voor optische metingen, microbewegingsmetingen, elektro-akoestiek enz ...

Dit gaat dus allemaal over wat een is piëzo-elektrische sensor , eigenschappen, specificaties en ook eenvoudige interface van de sensor met behulp van een Arduino-bord. Deze eenvoudig te gebruiken sensoren vinden een plek in verschillende toepassingen. Hoe heeft u deze sensoren in uw project gebruikt? Wat was de grootste uitdaging waarmee u werd geconfronteerd bij het gebruik van deze sensoren?