Датчики являются устройствами, используемыми для обнаружения или измерения различных типов физических величин в окружающей среде. Входным сигналом может быть свет, тепло, движение, влажность, давление, вибрация и т. Д. Генерируемый выходной сигнал обычно представляет собой электрический сигнал, пропорциональный приложенному входному сигналу. Этот выход используется для калибровки входа, или выходной сигнал передается по сети для дальнейшей обработки. В зависимости от входного сигнала, который необходимо измерить, существуют различные типы датчиков. На основе ртути термометр действует как Датчик температуры , Датчик кислорода в системе контроля выбросов автомобилей обнаруживает кислород, Фотодатчик обнаруживает присутствие видимого света. В этой статье мы опишем пьезоэлектрический датчик . Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать больше о пьезоэлектрический эффект .

Определение пьезоэлектрического датчика

Датчик, работающий по принципу пьезоэлектричество известен как пьезоэлектрический датчик. Где пьезоэлектричество - это явление, когда электричество производится если к материалу приложено механическое напряжение. Не все материалы обладают пьезоэлектрическими характеристиками.

Пьезоэлектрический датчик

Существуют различные типы пьезоэлектрических материалов. Примеры пьезоэлектрические материалы доступны натуральный монокристалл кварца, кости и т. д. Искусственно произведены, например, керамика PZT и т. д.

Работа пьезоэлектрического датчика

Обычно пьезоэлектрическим датчиком измеряются физические величины: ускорение и давление. Датчики давления и ускорения работают по одному и тому же принципу пьезоэлектричества, но основное различие между ними заключается в способе приложения силы к их чувствительному элементу.

В датчике давления тонкая мембрана помещена на массивное основание для передачи приложенной силы к пьезоэлектрический элемент . При приложении давления к этой тонкой мембране пьезоэлектрический материал нагружается и начинает генерировать электрические напряжения. Произведенное напряжение пропорционально приложенному давлению.

В акселерометры , сейсмическая масса прикрепляется к кристаллическому элементу для передачи приложенной силы пьезоэлектрическим материалам. При приложении движения сейсмическая масса нагружает пьезоэлектрический материал в соответствии с Второй закон Ньютона движения. Пьезоэлектрический материал генерирует заряд, используемый для калибровки движения.

Элемент компенсации ускорения используется вместе с датчик давления поскольку эти датчики могут улавливать нежелательные вибрации и показывать ложные показания.

Цепь пьезоэлектрического датчика

Внутренняя схема пьезоэлектрического датчика приведена выше. Сопротивление Ri - это внутреннее сопротивление или сопротивление изолятора. Индуктивность возникает из-за инерции датчик . Емкость Ce обратно пропорциональна эластичности материала датчика. Для правильного отклика датчика нагрузка и сопротивление утечки должны быть достаточно большими, чтобы сохранялись низкие частоты. Датчик можно назвать датчиком давления преобразователь в электрическом сигнале. Датчики также известны как первичные преобразователи.

Пьезоэлектрический датчик

Технические характеристики пьезоэлектрического датчика

Некоторые из основных характеристик пьезоэлектрических датчиков:

- Диапазон измерения: Этот диапазон зависит от пределов измерения.

- Чувствительность S: Отношение изменения выходного сигнала ∆y к сигналу, вызвавшему изменение ∆x.
  S = ∆y / ∆x.
- Надежность: Это объясняет способность датчиков сохранять характеристики в определенных пределах при заданных условиях эксплуатации.

Помимо этого, некоторые характеристики пьезоэлектрических датчиков включают порог срабатывания, ошибки, время индикации и т. Д.

Эти датчики содержат значение импеданса ≤500 Ом.
Эти датчики обычно работают в диапазоне температур от -20 ° C до + 60 ° C.
Эти датчики следует хранить при температуре от -30 ° C до + 70 ° C, чтобы предотвратить их разрушение.
У этих датчиков очень низкий Пайка температура.
Деформационная чувствительность пьезоэлектрического датчика 5В / мкА.
Из-за своей высокой гибкости кварц является наиболее предпочтительным материалом в качестве пьезоэлектрического датчика.

Пьезоэлектрический датчик с использованием Arduino

Поскольку нам нужно знать, что такое пьезоэлектрический датчик, давайте посмотрим на простое применение этого датчика с помощью Arduino. Здесь мы пытаемся переключить светодиод, когда датчик давления обнаруживает достаточную силу.

Требуется оборудование

Плата Arduino .
Пьезоэлектрический датчик давления.
ВЕЛ
Резистор 1 МОм.

Принципиальная электрическая схема:

Здесь положительный вывод датчика, обозначенный красным проводом, подключен к аналоговому выводу A0 на плате Arduino, тогда как отрицательный вывод, обозначенный черным проводом, подключен к земле.
Резистор 1 МОм подключен параллельно к пьезоэлементу для ограничения напряжения и тока, создаваемых пьезоэлементом, и для защиты аналогового входа от нежелательных вибраций.
Анод светодиода подключен к цифровому выводу D13 Arduino, а катод подключен к земле.

Схема цепи

Работающий

Для схемы устанавливается пороговое значение 100, чтобы датчик не срабатывал при вибрациях ниже порогового значения. Этим мы можем устранить нежелательные небольшие колебания. Когда выходное напряжение, генерируемое сенсорным элементом, превышает пороговое значение, светодиод меняет свое состояние, т.е. если он находится в ВЫСОКОМ состоянии, он переходит в НИЗКОЕ. Если значение ниже порогового значения, светодиод не меняет своего состояния и остается в своем предыдущем состоянии.

Код

const int ledPin = 13 // светодиод подключен к цифровому выводу 13
const int Sensor = A0 // Датчик подключен к аналоговому выводу A0
const int threshold = 100 // Порог установлен на 100
int sensorReading = 0 // переменная для хранения значения, считанного с вывода датчика
int ledState = НИЗКИЙ // переменная, используемая для хранения последнего состояния светодиода, для переключения света

установка void ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // объявляем ledPin как OUTPUT
}

пустой цикл ()
{
// считываем датчик и сохраняем его в переменной sensorReading:
sensorReading = analogRead (Датчик)

// если показание датчика больше порога:
if (sensorReading> = порог)
{
// переключаем статус ledPin:
ledState =! ledState
// обновляем вывод светодиода:
digitalWrite (ledPin, ledState)
delay (10000) // задержка
}
еще
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // начальное состояние светодиода, т.е. LOW.
}
}

Применение пьезоэлектрических датчиков

- Пьезоэлектрические датчики используются для обнаружение удара .

- Активные пьезоэлектрические датчики используются для толщиномера, расходомера.

- Пассивные пьезоэлектрические датчики используются в микрофонах, акселерометрах, музыкальных датчиках и т. Д.

- Пьезоэлектрические датчики также используются для ультразвуковой визуализации.
- Эти датчики используются для оптических измерений, микродвижущихся измерений, электроакустики и т. Д.

Таким образом, это все о том, что такое пьезоэлектрический датчик , свойства, характеристики, а также простое подключение датчика с помощью платы Arduino. Эти простые в использовании датчики находят место в различных приложениях. Как вы использовали эти датчики в своем проекте? С какой самой большой проблемой вы столкнулись при использовании этих датчиков?