Sensori sono dispositivi utilizzati per rilevare o rilevare i diversi tipi di grandezze fisiche dall'ambiente. L'input potrebbe essere luce, calore, movimento, umidità, pressione, vibrazioni ecc… L'output generato è solitamente un segnale elettrico proporzionale all'ingresso applicato. Questa uscita viene utilizzata per calibrare l'ingresso o il segnale di uscita viene trasmesso su una rete per ulteriori elaborazioni. In base all'ingresso da misurare ci sono vari tipi di sensori. A base di mercurio termometro funge da termometro , un sensore di ossigeno nel sistema di controllo delle emissioni delle automobili rileva l'ossigeno, il sensore fotografico rileva la presenza di luce visibile. In questo articolo, descriveremo il sensore piezoelettrico . Fare riferimento al collegamento per saperne di più su effetto piezoelettrico .

Definizione di un sensore piezoelettrico

Un sensore che funziona secondo il principio di piezoelettricità è noto come sensore piezoelettrico. Dove la piezoelettricità è un fenomeno dove l'elettricità è generata se lo stress meccanico viene applicato a un materiale. Non tutti i materiali hanno caratteristiche piezoelettriche.

Sensore piezoelettrico

Esistono vari tipi di materiali piezoelettrici. Esempi di materiali piezoelettrici sono disponibili naturali monocristallini di quarzo, osso ecc ... Fabbricati artificialmente come ceramica PZT ecc ...

Funzionamento di un sensore piezoelettrico

Le grandezze fisiche comunemente misurate da un sensore piezoelettrico sono accelerazione e pressione. Entrambi i sensori di pressione e accelerazione funzionano secondo lo stesso principio di piezoelettricità, ma la differenza principale tra loro è il modo in cui la forza viene applicata al loro elemento di rilevamento.

Nel sensore di pressione, una sottile membrana è posta su una base massiccia per trasferire la forza applicata al elemento piezoelettrico . All'applicazione della pressione su questa sottile membrana, il materiale piezoelettrico viene caricato e inizia a generare tensioni elettriche. La tensione prodotta è proporzionale alla quantità di pressione applicata.

Nel accelerometri , la massa sismica è attaccata all'elemento di cristallo per trasferire la forza applicata ai materiali piezoelettrici. Quando viene applicato il movimento, il carico di massa sismico è il materiale piezoelettrico secondo Seconda legge di Newton di movimento. Il materiale piezoelettrico genera la carica utilizzata per la calibrazione del movimento.

Un elemento di compensazione dell'accelerazione viene utilizzato insieme a un sensore di pressione poiché questi sensori possono rilevare vibrazioni indesiderate e mostrare false letture.

Circuito sensore piezoelettrico

Sopra è riportato un circuito interno del sensore piezoelettrico. La resistenza Ri è la resistenza interna o resistenza dell'isolante. L'induttanza è dovuta all'inerzia di il sensore . La capacità Ce è inversamente proporzionale all'elasticità del materiale del sensore. Per la corretta risposta del sensore, il carico e la resistenza alla dispersione devono essere sufficientemente grandi in modo da preservare le basse frequenze. Un sensore può essere chiamato pressione trasduttore in un segnale elettrico. I sensori sono anche noti come trasduttori primari.

Sensore piezoelettrico

Specifiche del sensore piezoelettrico

Alcune delle caratteristiche di base dei sensori piezoelettrici sono

- La gamma di misurazione: Questa gamma è soggetta a limiti di misurazione.

- Sensibilità S: Rapporto di variazione del segnale di uscita ∆y rispetto al segnale che ha causato la variazione ∆x.
  S = ∆y / ∆x.
- Affidabilità: Ciò spiega la capacità dei sensori di mantenere le caratteristiche entro determinati limiti in condizioni operative stabilite.

Oltre a questi, alcune delle specifiche dei sensori piezoelettrici sono una soglia di reazione, errori, tempo di indicazione ecc ...

Questi sensori contengono un valore di impedenza ≤500Ω.
Questi sensori generalmente funzionano in un intervallo di temperatura da circa -20 ° C a + 60 ° C.
Questi sensori devono essere mantenuti a una temperatura compresa tra -30 ° C e + 70 ° C per evitare che si degradino.
Questi sensori sono molto bassi Saldatura temperatura.
La sensibilità alla deformazione di un sensore piezoelettrico è 5V / µƐ.
Grazie alla sua elevata flessibilità, il quarzo è il materiale preferito come sensore piezoelettrico.

Sensore piezoelettrico che utilizza Arduino

Dato che dobbiamo sapere cos'è un sensore piezoelettrico, diamo un'occhiata a una semplice applicazione di questo sensore utilizzando Arduino. Qui stiamo cercando di attivare un LED quando il sensore di pressione rileva una forza sufficiente.

Hardware richiesto

Scheda Arduino .
Sensore di pressione piezoelettrico.
GUIDATO
Resistenza da 1 MΩ.

Schema elettrico:

Qui il cavo positivo del sensore indicato con filo rosso è collegato al pin analogico A0 della scheda Arduino mentre il cavo negativo indicato con filo nero è collegato a massa.
Un resistore da 1 MΩ è collegato in parallelo all'elemento piezoelettrico per limitare la tensione e la corrente prodotta dall'elemento piezoelettrico e per proteggere l'ingresso analogico da vibrazioni indesiderate.
L'anodo LED è collegato al pin digitale D13 di Arduino e il catodo è collegato a terra.

Schema del circuito

Lavorando

Un valore di soglia di 100 è impostato al circuito in modo che il sensore non si attivi per vibrazioni inferiori alla soglia. In questo modo, possiamo eliminare piccole vibrazioni indesiderate. Quando la tensione di uscita generata dall'elemento sensore è maggiore del valore di soglia il LED cambia il suo stato ovvero se è nello stato HIGH passa a LOW. Se il valore è inferiore alla soglia il LED non cambia il suo stato e rimane nel suo stato precedente.

Codice

const int ledPin = 13 // LED collegato al pin digitale 13
const int Sensor = A0 // Sensore collegato al pin analogico A0
const int soglia = 100 // La soglia è impostata su 100
int sensorReading = 0 // variabile per memorizzare il valore letto dal pin del sensore
int ledState = BASSO // variabile utilizzata per memorizzare lo stato dell'ultimo LED, per alternare la luce

void setup ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // dichiara il ledPin come OUTPUT
}

void loop ()
{
// legge il sensore e lo memorizza nella variabile sensor
sensorReading = analogRead (sensore)

// se la lettura del sensore è maggiore della soglia:
if (sensorLettura> = soglia)
{
// cambia lo stato del ledPin:
ledState =! ledState
// aggiorna il pin LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
delay (10000) // ritardo
}
altro
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // lo stato iniziale del LED, ovvero LOW.
}
}

Applicazioni dei sensori piezoelettrici

- I sensori piezoelettrici sono utilizzati per rilevamento degli urti .

- I sensori piezoelettrici attivi sono utilizzati per spessimetro, sensore di flusso.

- Vengono utilizzati sensori piezoelettrici passivi microfoni, accelerometro, pickup musicali ecc ...

- I sensori piezoelettrici vengono utilizzati anche per l'imaging a ultrasuoni.
- Questi sensori vengono utilizzati per misurazioni ottiche, misurazioni di micro movimenti, elettroacustica, ecc ...

Quindi, si tratta di ciò che è un file sensore piezoelettrico , proprietà, specifiche e anche semplice interfacciamento del sensore utilizzando la scheda Arduino. Questi sensori semplici da usare trovano posto in varie applicazioni. Come hai utilizzato questi sensori nel tuo progetto? Qual è stata la sfida più grande che hai dovuto affrontare durante l'utilizzo di questi sensori?