Sensor piezoeléctrico: circuito, especificaciones y aplicaciones.

Sensores son dispositivos utilizados para detectar o detectar los diferentes tipos de magnitudes físicas del medio ambiente. La entrada puede ser luz, calor, movimiento, humedad, presión, vibración, etc. La salida generada suele ser una señal eléctrica proporcional a la entrada aplicada. Esta salida se utiliza para calibrar la entrada o la señal de salida se transmite a través de una red para su posterior procesamiento. Dependiendo de la entrada a medir, existen diferentes tipos de sensores. a base de mercurio termómetro actúa como un sensor de temperatura, un sensor de oxígeno en el sistema de control de emisiones de automóviles detecta oxígeno, el fotosensor detecta la presencia de luz visible. En este artículo, describiremos la sensor piezoeléctrico. Consulte el enlace para obtener más información sobre el efecto piezoeléctrico.

Definición de un sensor piezoeléctrico

Un sensor que funciona según el principio de piezoelectricidad se conoce como sensor piezoeléctrico. Donde la piezoelectricidad es un fenómeno en el que se genera electricidad si se aplica tensión mecánica a un material. No todos los materiales tienen características piezoeléctricas.

Hay diferentes tipos de materiales piezoeléctricos. ejemplos de materiales piezoeléctricos están disponibles cuarzo monocristalino natural, hueso, etc. Hecho artificialmente como cerámica PZT, etc.

Funcionamiento de un sensor piezoeléctrico

Las cantidades físicas comúnmente medidas por un sensor piezoeléctrico son la aceleración y la presión. Los sensores de presión y aceleración funcionan con el mismo principio de piezoelectricidad, pero la principal diferencia entre ellos está en la forma en que se aplica la fuerza a su elemento sensor.

En el sensor de presión, se coloca una membrana delgada sobre una base maciza para transferir la fuerza aplicada al elemento piezoeléctrico. Cuando se aplica presión a esta delgada membrana, el material piezoeléctrico se carga y comienza a generar voltajes eléctricos. El voltaje producido es proporcional a la cantidad de presión aplicada.

Dentro acelerómetros, se une una masa sísmica al elemento de cristal para transferir la fuerza aplicada a los materiales piezoeléctricos. Cuando se aplica movimiento, la masa sísmica carga el material piezoeléctrico de acuerdo con segunda ley de newton de movimiento El material piezoeléctrico genera una carga utilizada para la calibración del movimiento.

Se utiliza un elemento de compensación de aceleración con un Sensor de presión ya que estos sensores pueden captar vibraciones no deseadas y mostrar lecturas falsas.

Circuito sensor piezoeléctrico

Arriba se muestra un circuito interno de un sensor piezoeléctrico. La resistencia Ri es la resistencia interna o resistencia de aislamiento. La inductancia se debe a la inercia del sensor. La capacitancia Ce es inversamente proporcional a la elasticidad del material del sensor. Para una buena respuesta del sensor, la carga y la resistencia de fuga deben ser lo suficientemente grandes para que se conserven las bajas frecuencias. Un sensor puede llamarse presión. transductor en una señal eléctrica. Los sensores también se denominan transductores primarios.

Especificaciones del sensor piezoeléctrico

Algunas de las características básicas de los sensores piezoeléctricos son

• • El rango de medición: Este rango está sujeto a límites de medición.

• • Sensibilidad S: Relación entre el cambio en la señal de salida ∆y y la señal que provocó el cambio ∆x.
    S = ∆y/∆x.
  • Fiabilidad: Esto explica la capacidad de los sensores para mantener las características dentro de ciertos límites en condiciones de funcionamiento definidas.

Además de estos, algunas de las especificaciones de los sensores piezoeléctricos son umbral de reacción, errores, tiempo de indicación, etc.

• Estos sensores contienen como valor de impedancia ≤500Ω.
• Estos sensores generalmente funcionan en un rango de temperatura de aproximadamente -20 °C a +60 °C.
• Estos sensores deben almacenarse a una temperatura entre -30°C y +70°C para evitar su degradación.
• Estos sensores tienen muy baja Soldadura La temperatura.
• La sensibilidad a la deformación de un sensor piezoeléctrico es de 5 V/µƐ.
• Debido a su alta flexibilidad, el cuarzo es el material preferido como sensor piezoeléctrico.

Sensor piezoeléctrico usando Arduino

Como necesitamos saber qué es un sensor piezoeléctrico, veamos una aplicación simple de este sensor usando Arduino. Aquí estamos tratando de alternar un LED cuando el sensor de presión detecta suficiente fuerza.

Material requerido

• placa arduino.
• Sensor de presión piezoeléctrico.
• LED
• Resistencia 1 MΩ.

Plan:

• Aquí, el cable positivo del sensor indicado por el cable rojo está conectado al pin analógico A0 de la placa Arduino, mientras que el cable negativo indicado por el cable negro está conectado a tierra.
• Se conecta una resistencia de 1 MΩ en paralelo al elemento piezoeléctrico para limitar el voltaje y la corriente producidos por el elemento piezoeléctrico y para proteger la entrada analógica de vibraciones no deseadas.
• El ánodo LED está conectado al pin digital D13 del Arduino y el cátodo está conectado a tierra.

Trabajar

Se establece un valor de umbral de 100 en el circuito para que el sensor no se active para vibraciones por debajo del umbral. Con esto podemos eliminar pequeñas vibraciones no deseadas. Cuando el voltaje de salida generado por el elemento sensor es superior al valor umbral, el LED cambia de estado, es decir, si está en estado ALTO, cambia a BAJO. Si el valor está por debajo del umbral, el LED no cambia de estado y permanece en su estado anterior.

codificado

constante completo PIN LED = 13; // LED conectado al pin digital 13
constante completo Sensor = A0; // Sensor conectado al pin analógico A0
constante completo umbral = 100; // El umbral se establece en 100
completo sensorRead = 0; // variable para almacenar el valor leído del pin del sensor
completo led de estado = ABAJO; // variable utilizada para almacenar el último estado del LED, para alternar la luz

configuración vacía ()
{
pinMode(ledPin, SALIDA); // declara el ledPin como SALIDA
}

bucle vacío()
{
// lee el sensor y lo almacena en la variable sensorReading:
sensorReading = analogRead(sensor);

// si la lectura del sensor está por encima del umbral:
si (sensorReading >= umbral)
{
// alternar el estado ledPin:
estadoled = !estadoled;
// actualiza el pin LED:
escritura digital (pin led, estado led);
retraso (10000); // demora
}
otro
{
escritura digital (pin led, estado led); // el estado inicial del LED, es decir, BAJO.
}
}

Aplicaciones de sensores piezoeléctricos

• • Los sensores piezoeléctricos se utilizan para detección de golpes.

• • Los sensores piezoeléctricos activos se utilizan para medidores de espesor, sensores de flujo.

• • Los sensores piezoeléctricos pasivos se utilizan para micrófonos, acelerómetros, micrófonos musicales, etc.

• • Los sensores piezoeléctricos también se utilizan para la obtención de imágenes por ultrasonido.
  • Estos sensores se utilizan para mediciones ópticas, mediciones de micromovimiento, electroacústica, etc.

Así que se trata de lo que sensor piezoeléctrico, propiedades, especificaciones y también la interfaz simple del sensor usando la placa Arduino. Estos sensores fáciles de usar encuentran su lugar en diversas aplicaciones. ¿Cómo usaste estos sensores en tu proyecto? ¿Cuál fue el mayor desafío que enfrentó al usar estos sensores?