Αισθητήρες είναι συσκευές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση ή την αίσθηση των διαφορετικών τύπων φυσικών ποσοτήτων από το περιβάλλον. Η είσοδος θα μπορούσε να είναι ελαφριά, θερμότητα, κίνηση, υγρασία, πίεση, δονήσεις κλπ… Η έξοδος που παράγεται είναι συνήθως ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με την εφαρμοζόμενη είσοδο. Αυτή η έξοδος χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση της εισόδου ή το σήμα εξόδου μεταδίδεται μέσω δικτύου για περαιτέρω επεξεργασία. Με βάση την είσοδο που θα μετρηθεί υπάρχουν διάφοροι τύποι αισθητήρων. Με βάση τον υδράργυρο θερμόμετρο ενεργεί ως αισθητήρας θερμοκρασίας , ένας αισθητήρας οξυγόνου στα συστήματα ελέγχου εκπομπών αυτοκινήτων ανιχνεύει οξυγόνο, ο αισθητήρας φωτογραφιών ανιχνεύει την παρουσία ορατού φωτός. Σε αυτό το άρθρο, θα περιγράφαμε το πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας . Ανατρέξτε στον σύνδεσμο για να μάθετε περισσότερα για το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα .

Ορισμός ενός πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα

Ένας αισθητήρας που λειτουργεί βάσει της αρχής του πιεζοηλεκτρική ενέργεια είναι γνωστό ως πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας. Όπου η πιεζοηλεκτρική ενέργεια είναι ένα φαινόμενο όπου παράγεται ηλεκτρισμός εάν εφαρμόζεται μηχανική τάση σε ένα υλικό. Δεν έχουν όλα τα υλικά πιεζοηλεκτρικά χαρακτηριστικά.

Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας

Υπάρχουν διάφοροι τύποι πιεζοηλεκτρικών υλικών. Παραδείγματα του πιεζοηλεκτρικά υλικά είναι φυσικά διαθέσιμα μονόκρυστα χαλαζία, οστά κ.λπ.… Τεχνητά κατασκευασμένα όπως PZT κεραμικά κ.λπ…

Λειτουργία ενός πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα

Οι συνήθως μετρημένες φυσικές ποσότητες από έναν πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα είναι η Επιτάχυνση και η Πίεση. Και οι δύο αισθητήρες πίεσης και επιτάχυνσης λειτουργούν στην ίδια αρχή της πιεζοηλεκτρικής ενέργειας, αλλά η κύρια διαφορά μεταξύ τους είναι ο τρόπος που εφαρμόζεται η δύναμη στο αισθητήριο στοιχείο τους.

Στον αισθητήρα πίεσης, μια λεπτή μεμβράνη τοποθετείται σε μια τεράστια βάση για να μεταφέρει την εφαρμοζόμενη δύναμη στο πιεζοηλεκτρικό στοιχείο . Με την εφαρμογή πίεσης σε αυτή τη λεπτή μεμβράνη, το πιεζοηλεκτρικό υλικό φορτώνεται και αρχίζει να παράγει ηλεκτρικές τάσεις. Η παραγόμενη τάση είναι ανάλογη με την ποσότητα πίεσης που εφαρμόζεται.

Σε επιταχυνσιόμετρα , η σεισμική μάζα συνδέεται με το κρυσταλλικό στοιχείο για τη μεταφορά της εφαρμοζόμενης δύναμης σε πιεζοηλεκτρικά υλικά. Όταν εφαρμόζεται κίνηση, το σεισμικό φορτίο μάζας είναι το πιεζοηλεκτρικό υλικό σύμφωνα με Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα κίνησης. Το πιεζοηλεκτρικό υλικό δημιουργεί φορτίο που χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση της κίνησης.

Χρησιμοποιείται ένα στοιχείο αντιστάθμισης επιτάχυνσης μαζί με ένα αισθητήρας πίεσης καθώς αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να πάρουν ανεπιθύμητες δονήσεις και να εμφανίσουν ψευδείς αναγνώσεις.

Κύκλωμα πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα

Ένα εσωτερικό κύκλωμα πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα δίνεται παραπάνω. Η αντίσταση Ri είναι η εσωτερική αντίσταση ή η αντίσταση του μονωτή. Η επαγωγή οφείλεται στην αδράνεια του ο αισθητήρας . Η χωρητικότητα Ce είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ελαστικότητα του υλικού αισθητήρα. Για τη σωστή απόκριση του αισθητήρα, η αντίσταση φορτίου και διαρροής πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη ώστε να διατηρούνται οι χαμηλές συχνότητες. Ένας αισθητήρας μπορεί να ονομαστεί πίεση μορφοτροπέας σε ηλεκτρικό σήμα. Οι αισθητήρες είναι επίσης γνωστοί ως πρωτεύοντες μορφοτροπείς.

Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας

Προδιαγραφές πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα

Μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων είναι

- Το εύρος μέτρησης: Αυτό το εύρος υπόκειται σε όρια μέτρησης.

- Ευαισθησία S: Αναλογία αλλαγής στο σήμα εξόδου Δy προς το σήμα που προκάλεσε την αλλαγή Δx.
  S = Δy / Δx.
- Αξιοπιστία: Αυτό αντιστοιχεί στην ικανότητα των αισθητήρων να διατηρούν τα χαρακτηριστικά σε ορισμένα όρια υπό καθορισμένες λειτουργικές συνθήκες.

Εκτός από αυτά, μερικές από τις προδιαγραφές των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων είναι ένα κατώφλι αντίδρασης, σφάλματα, χρόνος ένδειξης κ.λπ.…

Αυτοί οι αισθητήρες περιέχουν ως τιμή σύνθετης αντίστασης ≤500Ω.
Αυτοί οι αισθητήρες λειτουργούν γενικά σε εύρος θερμοκρασιών από περίπου -20 ° C έως + 60 ° C.
Αυτοί οι αισθητήρες πρέπει να διατηρούνται σε θερμοκρασία μεταξύ -30 ° C και + 70 ° C για να αποτρέψουν την υποβάθμισή τους.
Αυτοί οι αισθητήρες έχουν πολύ χαμηλά επίπεδα Συγκόλληση θερμοκρασία.
Η ευαισθησία στο στέλεχος ενός πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα είναι 5V / μƐ.
Λόγω της υψηλής ευελιξίας του, το Quartz είναι το πιο προτιμώμενο υλικό ως πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας.

Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας χρησιμοποιώντας Arduino

Καθώς πρέπει να γνωρίζουμε τι είναι ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας, ας δούμε μια απλή εφαρμογή αυτού του αισθητήρα χρησιμοποιώντας το Arduino. Εδώ προσπαθούμε να αλλάξουμε ένα LED όταν ο αισθητήρας πίεσης ανιχνεύσει αρκετή δύναμη.

Απαιτείται υλικό

Πίνακας Arduino .
Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας πίεσης.
LED
1 MΩ αντίσταση.

Διάγραμμα κυκλώματος:

Εδώ το θετικό καλώδιο του αισθητήρα που υποδεικνύεται με κόκκινο καλώδιο συνδέεται με τον αναλογικό πείρο Α0 της πλακέτας Arduino ενώ ο αρνητικός αγωγός που υποδεικνύεται με μαύρο καλώδιο συνδέεται με τη γείωση.
Η αντίσταση 1 ΜΩ συνδέεται παράλληλα με το πιεζο στοιχείο για να περιορίσει την τάση και το ρεύμα που παράγεται από το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο και για την προστασία της αναλογικής εισόδου από ανεπιθύμητες δονήσεις.
Η άνοδος LED συνδέεται στον ψηφιακό πείρο D13 του Arduino και η κάθοδος συνδέεται στο έδαφος.

Σχηματικό κύκλωμα

Εργαζόμενος

Μια τιμή κατωφλίου 100 ορίζεται στο κύκλωμα έτσι ώστε ο αισθητήρας να μην ενεργοποιείται για δονήσεις μικρότερες από το κατώφλι. Με αυτό, μπορούμε να εξαλείψουμε τις ανεπιθύμητες μικρές δονήσεις. Όταν η τάση εξόδου που παράγεται από το στοιχείο αισθητήρα είναι μεγαλύτερη από την τιμή κατωφλίου, το LED αλλάζει την κατάστασή του, δηλαδή εάν βρίσκεται σε κατάσταση ΥΨΗΛΗΣ πηγαίνει στο LOW. Εάν η τιμή είναι χαμηλότερη από το κατώφλι LED δεν αλλάζει η κατάστασή του και παραμένει στην προηγούμενη κατάσταση.

Κώδικας

υπ int ledPin = 13 // LED συνδεδεμένο σε ψηφιακό πείρο 13
υπ int Αισθητήρας = A0 // Αισθητήρας συνδεδεμένος με αναλογικό πείρο A0
υπ int όριο = 100 // Το όριο έχει οριστεί σε 100
int sensorReading = 0 // μεταβλητή για να αποθηκεύσετε την τιμή που διαβάζεται από τον πείρο αισθητήρα
int ledState = ΧΑΜΗΛΟΣ // μεταβλητή που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της τελευταίας κατάστασης LED, για εναλλαγή του φωτός

άκυρη ρύθμιση ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // δηλώστε το ledPin ως OUTPUT
}

κενός βρόχος ()
{
// διαβάστε τον αισθητήρα και αποθηκεύστε τον στον μεταβλητό αισθητήρα
sensorReading = analogRead (Αισθητήρας)

// εάν η ένδειξη του αισθητήρα είναι μεγαλύτερη από το όριο:
εάν (sensorReading> = κατώφλι)
{
// εναλλαγή της κατάστασης του ledPin:
ledState =! ledState
// ενημέρωση του πείρου LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
καθυστέρηση (10000) // καθυστέρηση
}
αλλού
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // την αρχική κατάσταση των LED, δηλαδή LOW.
}
}

Εφαρμογές πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων

- Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για ανίχνευση σοκ .

- Ενεργοί πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για μετρητή πάχους, αισθητήρα ροής.

- Οι παθητικοί πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται μικρόφωνα, επιταχυνσιόμετρο, μουσικές παραλαβές κλπ…

- Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται επίσης για την απεικόνιση υπερήχων.
- Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για οπτικές μετρήσεις, μετρήσεις μικρο κινήσεων, ηλεκτροακουστική κλπ…

Έτσι, αυτό είναι όλο για το τι είναι ένα πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας , ιδιότητες, προδιαγραφές και επίσης απλή διασύνδεση του αισθητήρα χρησιμοποιώντας την πλακέτα Arduino. Αυτοί οι απλοί στη χρήση αισθητήρες βρίσκουν θέση σε διάφορες εφαρμογές. Πώς χρησιμοποιήσατε αυτούς τους αισθητήρες στο έργο σας; Ποια ήταν η μεγαλύτερη πρόκληση που αντιμετωπίσατε κατά τη χρήση αυτών των αισθητήρων;