Pjezoelektriskais sensors: shēma, specifikācijas un lietojumi

Sensori ir ierīces, ko izmanto, lai noteiktu vai uztvertu dažāda veida fiziskos lielumus no vides. Ieeja varētu būt gaisma, siltums, kustība, mitrums, spiediens, vibrācijas utt. Izveidotā izeja parasti ir elektriskais signāls, kas ir proporcionāls pielietotajai ieejai. Šo izvadi izmanto, lai kalibrētu ieeju, vai izejas signāls tiek nosūtīts pa tīklu tālākai apstrādei. Pamatojoties uz mērāmo ievadi, ir dažādi sensoru veidi. Dzīvsudraba bāzes termometrs darbojas kā a temperatūras sensors , skābekļa sensors automašīnu emisijas kontroles sistēmā nosaka skābekli, Foto sensors nosaka redzamās gaismas klātbūtni. Šajā rakstā mēs aprakstīsim pjezoelektriskais sensors . Lūdzu, skatiet saiti, lai uzzinātu vairāk par pjezoelektriskais efekts .

Pjezoelektriskā sensora definīcija

Sensors, kas darbojas pēc pjezoelektrība ir pazīstams kā pjezoelektriskais sensors. Kur pjezoelektriskums ir parādība, kur rodas elektroenerģija ja materiālam tiek pielietota mehāniskā spriedze. Ne visiem materiāliem ir pjezoelektriskās īpašības.

Pjezoelektriskais sensors

Ir dažādi pjezoelektrisko materiālu veidi. Piemēri pjezoelektriskie materiāli ir dabiski pieejami monokristāla kvarcs, kauli utt. ... Mākslīgi ražoti, piemēram, PZT keramika utt.

Pjezoelektriskā sensora darbība

Pjezoelektriskā sensora parasti izmērītie fiziskie lielumi ir Paātrinājums un Spiediens. Gan spiediena, gan paātrinājuma sensori darbojas pēc viena un tā paša pjezoelektriskuma principa, bet galvenā atšķirība starp tiem ir veids, kā spēks tiek piemērots viņu sensora elementam.

Spiediena sensorā uz masīvas pamatnes tiek uzlikta plāna membrāna, lai pārnestu pielietoto spēku uz pjezoelektriskais elements . Pielietojot spiedienu uz šo plāno membrānu, pjezoelektriskais materiāls tiek noslogots un sāk radīt elektrisko spriegumu. Izgatavotais spriegums ir proporcionāls pielietotā spiediena daudzumam.

In akselerometri , seismiskā masa ir piestiprināta pie kristāla elementa, lai pielietoto spēku pārnestu uz pjezoelektriskajiem materiāliem. Kad tiek pielietota kustība, seismiskā masas slodze ir pjezoelektriskais materiāls saskaņā ar Ņūtona otrais likums kustības. Pjezoelektriskais materiāls rada lādiņu, ko izmanto kustības kalibrēšanai.

Paātrinājuma kompensācijas elements tiek izmantots kopā ar a spiediena sensors jo šie sensori var uztvert nevēlamas vibrācijas un uzrādīt nepatiesus rādījumus.

Pjezoelektriskā sensora shēma

Iepriekš sniegta pjezoelektriskā sensora iekšējā ķēde. Pretestība Ri ir iekšējā pretestība vai izolatora pretestība. Induktivitāte ir saistīta ar inerci sensoru . Kapacitāte Ce ir apgriezti proporcionāla sensora materiāla elastībai. Lai sensors pareizi reaģētu, slodzei un noplūdes pretestībai jābūt pietiekami lielai, lai saglabātu zemas frekvences. Sensoru var saukt par spiedienu devējs elektriskajā signālā. Sensori ir pazīstami arī kā primārie pārveidotāji.

Pjezoelektriskais sensors

Pjezoelektrisko sensoru specifikācijas

Daži no pjezoelektrisko sensoru pamatīpašībām ir

• • Mērījumu diapazons: Uz šo diapazonu attiecas mērījumu ierobežojumi.

• • Jutība S: Izejas signāla ∆y izmaiņu attiecība pret signālu, kas izraisīja izmaiņas ∆x.
    S = ∆y / ∆x.
  • Uzticamība: Tas izskaidro sensoru spēju saglabāt raksturlielumus noteiktās robežās noteiktos darbības apstākļos.

Turklāt dažas no pjezoelektrisko sensoru specifikācijām ir reakcijas slieksnis, kļūdas, indikācijas laiks utt.

• Šo sensoru pretestības vērtība ir ≤500Ω.
• Šie sensori parasti darbojas temperatūras diapazonā no -20 ° C līdz + 60 ° C.
• Šie sensori jātur temperatūrā no -30 ° C līdz + 70 ° C, lai novērstu to noārdīšanos.
• Šiem sensoriem ir ļoti zems līmenis Lodēšana temperatūra.
• Pjezoelektriskā sensora sprieguma jutība ir 5 V / µƐ.
• Pateicoties lielajai elastībai, kvarcs ir vispiemērotākais materiāls kā pjezoelektriskais sensors.

Pjezoelektriskais sensors, izmantojot Arduino

Tā kā mums jāzina, kas ir pjezoelektriskais sensors, aplūkosim vienkāršu šī sensora pielietojumu, izmantojot Arduino. Šeit mēs mēģinām pārslēgt LED, kad spiediena sensors nosaka pietiekami daudz spēka.

Nepieciešama aparatūra

• Arduino dēlis .
• Pjezoelektriskais spiediena sensors.
• LED
• 1 MΩ rezistors.

Ķēdes shēma:

• Šeit ar sarkanu vadu norādītā sensora pozitīvais vads ir savienots ar Arduino dēļa A0 analogo tapu, turpretī ar melno vadu norādītais negatīvais vads ir savienots ar zemi.
• 1 MΩ rezistors ir savienots paralēli pjezo elementam, lai ierobežotu pjezoelektriskā elementa radīto spriegumu un strāvu un aizsargātu analogo ieeju no nevēlamām vibrācijām.
• LED anods ir savienots ar Arduino digitālo tapu D13 un katods ir savienots ar zemi.

Shēmas shēma

Strādā

Ķēdei tiek iestatīta sliekšņa vērtība 100, lai sensors netiktu aktivizēts vibrācijām, kas mazākas par slieksni. Tādējādi mēs varam novērst nevēlamās mazās vibrācijas. Kad sensora elementa radītais izejas spriegums ir lielāks par sliekšņa vērtību, gaismas diode maina savu stāvokli, t.i., ja tā ir HIGH stāvoklī, tā pāriet LOW. Ja vērtība ir zemāka par slieksni, gaismas diode nemaina savu stāvokli un paliek iepriekšējā stāvoklī.

Kods

konst int ledPin = 13 // LED savienots ar digitālo tapu 13
konst int Sensors = A0 // Sensors savienots ar analogo tapu A0
konst int slieksnis = 100 // Slieksnis ir iestatīts uz 100
int sensorReading = 0 // mainīgais, lai saglabātu no sensora tapas nolasīto vērtību
int ledState = ZEMS // mainīgais, ko izmanto, lai saglabātu pēdējo LED statusu, lai pārslēgtu gaismu

anulēt iestatīšanu ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // deklarē ledPin kā OUTPUT
}

void loop ()
{
// lasiet sensoru un saglabājiet to mainīgajā sensorā
sensorReading = analogRead (sensors)

// ja sensora rādījums pārsniedz slieksni:
ja (sensora lasīšana> = slieksnis)
{
// pārslēdz ledPin statusu:
ledState =! ledState
// atjauniniet LED tapu:
digitalWrite (ledPin, ledState)
kavēšanās (10000) // kavēšanās
}
cits
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // LED sākotnējais stāvoklis, t.i. LOW.
}
}

Pjezoelektrisko sensoru lietojumi

• • Pjezoelektriskie sensori tiek izmantoti šoka noteikšana .

• • Aktīvie pjezoelektriskie sensori tiek izmantoti biezuma mērītājam, plūsmas sensoram.

• • Pasīvie pjezoelektriskie sensori tiek izmantoti mikrofoni, akselerometrs, mūzikas uztvērēji utt.

• • Pjezoelektriskos sensorus izmanto arī ultraskaņas attēlveidošanai.
  • Šie sensori tiek izmantoti optiskiem mērījumiem, mikro kustīgiem mērījumiem, elektroakustikai utt.

Tādējādi tas viss ir par to, kas ir a pjezoelektriskais sensors , īpašības, specifikācijas un arī vienkārša sensora saskarne, izmantojot Arduino dēli. Šie vienkārši lietojamie sensori atrod vietu dažādās lietojumprogrammās. Kā jūs projektā izmantojāt šos sensorus? Kāds bija lielākais izaicinājums, ar kuru jūs saskaras, izmantojot šos sensorus?