חיישנים הם מכשירים המשמשים לאיתור או לחישה של סוגי הכמויות הפיזיות השונות מהסביבה. הקלט יכול להיות אור, חום, תנועה, לחות, לחץ, רעידות וכו '... הפלט שנוצר הוא בדרך כלל אות חשמלי שמיוחד לכניסה המיושמת. פלט זה משמש לכיול הקלט או שאות הפלט מועבר ברשת להמשך עיבוד. בהתבסס על הקלט שיש למדוד ישנם סוגים שונים של חיישנים. מבוסס כספית מד חום מתנהג כמו חיישן טמפרטורה , חיישן חמצן במערכת בקרת פליטת מכוניות מגלה חמצן, חיישן צילום מזהה נוכחות של אור גלוי. במאמר זה נתאר את חיישן פיזואלקטרי . אנא עיין בקישור למידע נוסף על אפקט פיזואלקטרי .
הגדרת חיישן פיזואלקטרי
חיישן שעובד על פי העיקרון של פיזואלקטריה ידוע כחיישן פיזואלקטרי. היכן שפיזואלקטריה היא תופעה שבה נוצר חשמל אם מוחל לחץ מכני על חומר. לא לכל החומרים יש מאפיינים פיזואלקטריים.
חיישן פיזואלקטרי
ישנם סוגים שונים של חומרים פיזואלקטריים. דוגמאות ל חומרים פיזואלקטריים הם קוורץ קריסטל בודד, עצם וכו 'טבעי ... מיוצר באופן מלאכותי כמו קרמיקה PZT וכו' ...
עבודה של חיישן פיזואלקטרי
הכמויות הפיזיקליות הנמדדות בדרך כלל על ידי חיישן פיזואלקטרי הן תאוצה ולחץ. שני חיישני לחץ ותאוצה עובדים על אותו עיקרון של פיזואלקטריות, אך ההבדל העיקרי ביניהם הוא האופן שבו כוח מופעל על אלמנט החישה שלהם.
בחיישן הלחץ, ממברנה דקה מונחת על בסיס מסיבי כדי להעביר את הכוח המופעל אל ה אלמנט פיזואלקטרי . עם הפעלת לחץ על הממברנה הדקה הזו, החומר הפיזואלקטרי נטען ומתחיל לייצר מתח חשמלי. המתח המיוצר פרופורציונאלי לכמות הלחץ המופעלת.
ב מד תאוצה , מסה סייסמית מחוברת לאלמנט הקריסטל כדי להעביר את הכוח המופעל לחומרים פיזואלקטריים. כאשר מפעילים תנועה, עומס המסה הסייסמי של החומר הפיזואלקטרי על פי החוק השני של ניוטון של תנועה. החומר הפיזואלקטרי מייצר מטען המשמש לכיול תנועה.
נעשה שימוש באלמנט פיצוי תאוצה יחד עם a חיישן לחץ מכיוון שחיישנים אלה יכולים להרים רעידות לא רצויות ולהראות קריאות שווא.
מעגל חיישנים פיזואלקטריים
מעגל פנימי של חיישן פיזואלקטרי ניתן לעיל. ההתנגדות Ri היא ההתנגדות הפנימית או ההתנגדות לבידוד. ההשראות נובעת מאינרציה של את החיישן . הקיבול Ce הוא ביחס הפוך לאלסטיות של חומר החיישן. לצורך התגובה הנכונה של החיישן, העומס והתנגדות הדליפה חייבים להיות גדולים מספיק כדי לשמור על תדרים נמוכים. ניתן לקרוא לחיישן לחץ מַתמֵר באות חשמלית. חיישנים ידועים גם כמתמרים ראשוניים.
חיישן פיזואלקטרי
מפרט חיישנים פיזואלקטריים
חלק מהמאפיינים הבסיסיים של חיישנים פיזואלקטריים הם
- טווח המדידה: טווח זה כפוף למגבלות מדידה.
- רגישות S: יחס שינוי אות הפלט ∆y לאות שגרם לשינוי ∆x.
S = ∆y / ∆x. - מהימנות: זה מתייחס לחיישנים ליכולת לשמור על מאפיינים במגבלות מסוימות בתנאים תפעוליים מוגדרים.
- רגישות S: יחס שינוי אות הפלט ∆y לאות שגרם לשינוי ∆x.
מלבד אלה, חלק מהמפרט של חיישנים פיזואלקטריים הוא סף תגובה, שגיאות, זמן אינדיקציה וכו '...
- חיישנים אלה מכילים ערך עכבה ≤500Ω.
- חיישנים אלה פועלים בדרך כלל בטמפרטורת טמפרטורה של כ -20 ° C עד + 60 ° C.
- יש לשמור על חיישנים אלה בטמפרטורה שבין -30 ° C ל- + 70 ° C כדי למנוע את השפלה.
- חיישנים אלה נמוכים מאוד הַלחָמָה טֶמפֶּרָטוּרָה.
- רגישות המתח של חיישן פיזואלקטרי היא 5V / µƐ.
- בשל גמישותו הגבוהה קוורץ הוא החומר המועדף ביותר כחיישן פיזואלקטרי.
חיישן פיזואלקטרי באמצעות ארדואינו
מכיוון שעלינו לדעת מהו חיישן פיזואלקטרי, בואו נסתכל על יישום פשוט של חיישן זה באמצעות ארדואינו. כאן אנו מנסים להחליף נורית כאשר חיישן הלחץ מגלה מספיק כוח.
נדרשת חומרה
- לוח ארדואינו .
- חיישן לחץ פיזואלקטרי.
- לד
- נגד 1 MΩ.
תרשים מעגל:
- כאן המוליך החיובי של החיישן המצוין באמצעות חוט אדום מחובר לסיכה האנלוגית A0 של לוח הארדואינו ואילו המוליך השלילי המצוין בחוט שחור מחובר לקרקע.
- נגד 1 MΩ מחובר במקביל לאלמנט הפיזו כדי להגביל את המתח והזרם שמייצר האלמנט הפיזואלקטרי וכדי להגן על הקלט האנלוגי מרעידות לא רצויות.
- אנודת ה- LED מחוברת לסיכה הדיגיטלית D13 של הארדואינו והקתודה מחוברת לקרקע.
סכמטי מעגל
עובד
ערך סף של 100 מוגדר למעגל כך שהחיישן לא מופעל לרטט נמוך מהסף. על ידי זה, אנו יכולים למנוע רעידות קטנות לא רצויות. כאשר מתח המוצא שנוצר על ידי אלמנט החיישן גדול מערך הסף נורית ה- LED משנה את מצבה כלומר אם הוא נמצא במצב HIGH הוא עובר ל- LOW. אם הערך נמוך מ- LED הסף אינו משנה את מצבו ונשאר במצבו הקודם.
קוד
קונסט int ledPin = 13 // LED המחובר לסיכה דיגיטלית 13
קונסט int חיישן = A0 // חיישן מחובר לסיכה אנלוגית A0
קונסט int סף = 100 // סף מוגדר ל 100
int sensorReading = 0 // משתנה לאחסון הערך הנקרא מסיכת החיישן
int ledState = נָמוּך המשתנה // המשמש לאחסון סטטוס ה- LED האחרון, כדי להחליף את האור
התקנה בטלה ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // הכריז על ה- ledPin כ- OUTPUT
}
לולאה בטל ()
{
// קרא את החיישן ושמור אותו בחיישן המשתנה קריאה:
sensorReading = AnalogRead (חיישן)
// אם קריאת החיישן גדולה מהסף:
אם (sensorReading> = סף)
{
// החלף את מצב ה- ledPin:
ledState =! ledState
// עדכן את סיכת LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
עיכוב (10000) // עיכוב
}
אַחֵר
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // המצב הראשוני של ה- LED כלומר LOW.
}
}
יישומי חיישנים פיזואלקטריים
- משתמשים בחיישנים פיזואלקטריים גילוי זעזועים .
- חיישנים פיזואלקטריים פעילים משמשים למדי עובי, חיישן זרימה.
- חיישנים פיזואלקטריים פסיביים משמשים מיקרופונים, מד תאוצה, טנדרים מוסיקליים וכו '...
- חיישנים פיזואלקטריים משמשים גם להדמיית אולטרסאונד.
- חיישנים אלה משמשים למדידות אופטיות, מדידות נעות מיקרו, אלקטרו אקוסטיקה וכו '...
לפיכך, מדובר בסך הכל במה שהוא א חיישן פיזואלקטרי , מאפיינים, מפרטים וגם ממשק פשוט של החיישן באמצעות לוח ארדואינו. חיישנים פשוטים לשימוש אלה מוצאים מקום ביישומים שונים. איך השתמשת בחיישנים האלה בפרויקט שלך? מה היה האתגר הגדול ביותר שניצב בפניך בעת השימוש בחיישנים אלה?
