Sensoren sind Geräte, mit denen die verschiedenen Arten physikalischer Größen aus der Umgebung erfasst oder erfasst werden. Der Eingang kann Licht, Wärme, Bewegung, Feuchtigkeit, Druck, Vibrationen usw. sein. Der erzeugte Ausgang ist normalerweise ein elektrisches Signal, das proportional zum angelegten Eingang ist. Dieser Ausgang wird zum Kalibrieren des Eingangs verwendet oder das Ausgangssignal wird zur weiteren Verarbeitung über ein Netzwerk übertragen. Basierend auf dem zu messenden Eingang gibt es verschiedene Arten von Sensoren. Quecksilber basiert Thermometer fungiert als Temperatursensor , Ein Sauerstoffsensor im Abgasreinigungssystem eines Autos erkennt Sauerstoff. Ein Fotosensor erkennt das Vorhandensein von sichtbarem Licht. In diesem Artikel würden wir die beschreiben piezoelektrischer Sensor . Bitte beziehen Sie sich auf den Link, um mehr über die zu erfahren piezoelektrischer Effekt .

Definition eines piezoelektrischen Sensors

Ein Sensor, der nach dem Prinzip arbeitet Piezoelektrizität ist als piezoelektrischer Sensor bekannt. Wo Piezoelektrizität ein Phänomen ist, wo Strom wird erzeugt wenn ein Material mechanisch belastet wird. Nicht alle Materialien haben piezoelektrische Eigenschaften.

Piezoelektrischer Sensor

Es gibt verschiedene Arten von piezoelektrischen Materialien. Beispiele von piezoelektrische Materialien sind natürlich verfügbare Einkristallquarze, Knochen usw.… Künstlich hergestellt wie PZT-Keramik usw.…

Arbeitsweise eines piezoelektrischen Sensors

Die üblicherweise von einem piezoelektrischen Sensor gemessenen physikalischen Größen sind Beschleunigung und Druck. Sowohl Druck- als auch Beschleunigungssensoren arbeiten nach dem gleichen Prinzip der Piezoelektrizität, aber der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht in der Art und Weise, wie Kraft auf ihr Sensorelement ausgeübt wird.

In dem Drucksensor wird eine dünne Membran auf eine massive Basis gelegt, um die aufgebrachte Kraft auf die zu übertragen piezoelektrisches Element . Bei Druck auf diese dünne Membran wird das piezoelektrische Material belastet und erzeugt elektrische Spannungen. Die erzeugte Spannung ist proportional zum angelegten Druck.

Im Beschleunigungsmesser Eine seismische Masse wird an das Kristallelement gebunden, um die aufgebrachte Kraft auf piezoelektrische Materialien zu übertragen. Wenn eine Bewegung angewendet wird, ist die seismische Massenlast das piezoelektrische Material gemäß Newtons zweites Gesetz der Bewegung. Das piezoelektrische Material erzeugt eine Ladung, die zur Kalibrierung der Bewegung verwendet wird.

Ein Beschleunigungskompensationselement wird zusammen mit a verwendet Drucksensor da diese Sensoren unerwünschte Vibrationen aufnehmen und falsche Messwerte anzeigen können.

Piezoelektrische Sensorschaltung

Eine interne Schaltung des piezoelektrischen Sensors ist oben angegeben. Der Widerstand Ri ist der Innenwiderstand oder Isolatorwiderstand. Die Induktivität ist auf die Trägheit von zurückzuführen der Sensor . Die Kapazität Ce ist umgekehrt proportional zur Elastizität des Sensormaterials. Für das richtige Ansprechen des Sensors muss der Last- und Leckwiderstand groß genug sein, damit niedrige Frequenzen erhalten bleiben. Ein Sensor kann als Druck bezeichnet werden Wandler in einem elektrischen Signal. Sensoren werden auch als Primärwandler bezeichnet.

Piezoelektrischer Sensor

Technische Daten des piezoelektrischen Sensors

Einige der grundlegenden Eigenschaften von piezoelektrischen Sensoren sind

- Der Messbereich: Dieser Bereich unterliegt Messgrenzen.

- Empfindlichkeit S: Verhältnis der Änderung des Ausgangssignals ∆y zu dem Signal, das die Änderung ∆x verursacht hat.
  S = ∆y / ∆x.
- Verlässlichkeit: Dies erklärt die Fähigkeit der Sensoren, die Eigenschaften unter festgelegten Betriebsbedingungen in bestimmten Grenzen zu halten.

Daneben sind einige der Spezifikationen von piezoelektrischen Sensoren eine Schwelle für Reaktion, Fehler, Anzeigezeit usw.

Diese Sensoren enthalten als Impedanzwert ≤ 500Ω.
Diese Sensoren arbeiten im Allgemeinen in einem Temperaturbereich von ungefähr -20 ° C bis + 60 ° C.
Diese Sensoren müssen auf einer Temperatur zwischen -30 ° C und + 70 ° C gehalten werden, um eine Verschlechterung zu verhindern.
Diese Sensoren sind sehr niedrig Löten Temperatur.
Die Dehnungsempfindlichkeit eines piezoelektrischen Sensors beträgt 5 V / µƐ.
Quarz ist aufgrund seiner hohen Flexibilität das am meisten bevorzugte Material als piezoelektrischer Sensor.

Piezoelektrischer Sensor mit Arduino

Da wir wissen müssen, was ein piezoelektrischer Sensor ist, schauen wir uns eine einfache Anwendung dieses Sensors mit Arduino an. Hier versuchen wir, eine LED umzuschalten, wenn der Drucksensor genügend Kraft erkennt.

Hardware erforderlich

Arduino Board .
Piezoelektrischer Drucksensor.
LED
1 MΩ Widerstand.

Schaltplan:

Hier ist die positive Leitung des mit rotem Kabel gekennzeichneten Sensors mit dem analogen A0-Pin der Arduino-Platine verbunden, während die mit schwarzem Kabel gekennzeichnete negative Leitung mit Masse verbunden ist.
Ein 1 MΩ-Widerstand ist parallel zum Piezoelement geschaltet, um die vom piezoelektrischen Element erzeugte Spannung und den Strom zu begrenzen und den Analogeingang vor unerwünschten Vibrationen zu schützen.
Die LED-Anode ist mit dem digitalen Pin D13 des Arduino verbunden und die Kathode ist mit Masse verbunden.

Schaltplan der Schaltung

Arbeiten

Ein Schwellenwert von 100 wird auf die Schaltung eingestellt, damit der Sensor nicht für Vibrationen aktiviert wird, die unter dem Schwellenwert liegen. Auf diese Weise können wir unerwünschte kleine Vibrationen beseitigen. Wenn die vom Sensorelement erzeugte Ausgangsspannung größer als der Schwellenwert ist, ändert die LED ihren Zustand, d. H. Wenn sie sich im Zustand HIGH befindet, geht sie auf LOW. Wenn der Wert niedriger als der Schwellenwert ist, ändert die LED ihren Status nicht und bleibt im vorherigen Status.

Code

const int ledPin = 13 // LED an digitalen Pin 13 angeschlossen
const int Sensor = A0 // Sensor an Analogstift A0 angeschlossen
const int Schwelle = 100 // Schwelle ist auf 100 gesetzt
int sensorReading = 0 // Variable zum Speichern des vom Sensorstift gelesenen Werts
int ledState = NIEDRIG // Variable, die zum Speichern des letzten LED-Status verwendet wird, um das Licht umzuschalten

void setup ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // deklariert das ledPin als OUTPUT
}}

void loop ()
{
// lese den Sensor und speichere ihn in der Variablen sensorReading:
sensorReading = analogRead (Sensor)

// wenn der Sensorwert größer als der Schwellenwert ist:
if (sensorReading> = Schwelle)
{
// den Status des ledPin umschalten:
ledState =! ledState
// LED-Pin aktualisieren:
digitalWrite (ledPin, ledState)
Verzögerung (10000) // Verzögerung
}}
sonst
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // der Anfangszustand der LED, d. h. LOW.
}}
}}

Piezoelektrische Sensoranwendungen

- Piezoelektrische Sensoren werden für verwendet Schockerkennung .

- Aktive piezoelektrische Sensoren werden für Dickenmessgeräte und Durchflusssensoren verwendet.

- Passive piezoelektrische Sensoren werden als Mikrofone, Beschleunigungsmesser, Tonabnehmer usw. verwendet.

- Piezoelektrische Sensoren werden auch für die Ultraschallbildgebung verwendet.
- Diese Sensoren werden für optische Messungen, Mikrobewegungsmessungen, Elektroakustik usw. verwendet.

Es geht also nur darum, was ein ist piezoelektrischer Sensor , Eigenschaften, Spezifikationen und auch einfache Schnittstelle des Sensors mit Arduino Board. Diese einfach zu bedienenden Sensoren finden in verschiedenen Anwendungen ihren Platz. Wie haben Sie diese Sensoren in Ihrem Projekt eingesetzt? Was war die größte Herausforderung bei der Verwendung dieser Sensoren?