圧電センサー：回路、仕様、およびアプリケーション
センサー 環境からのさまざまなタイプの物理量を検出または検知するために使用されるデバイスです。入力は、光、熱、動き、湿気、圧力、振動などです。生成される出力は、通常、適用された入力に比例する電気信号です。この出力は、入力を調整するために使用されるか、出力信号がネットワークを介して送信され、さらに処理されます。測定する入力に基づいて、さまざまなタイプのセンサーがあります。水銀ベースの温度計 温度センサーとして機能します 、自動車排出ガス制御システムの酸素センサーは酸素を検出し、光センサーは可視光の存在を検出します。この記事では、圧電センサーについて説明します。 。圧電効果の詳細については、リンクを参照してください。
圧電センサーの定義
圧電性の原理に基づいて動作するセンサー 圧電センサーとして知られています。圧電性とは、材料に機械的応力がかかると電気が発生する現象です。すべての材料に圧電特性があるわけではありません。
圧電材料にはさまざまな種類があります。 圧電材料の例 天然の単結晶水晶、骨などがあります…PZTセラミックなどのように人工的に製造されています…
圧電センサーの動作
圧電センサーによって一般的に測定される物理量は、加速度と圧力です。圧力センサーと加速度センサーはどちらも圧電性の同じ原理で動作しますが、両者の主な違いは、センサー要素に力が加えられる方法です。
圧力センサーでは、薄い膜が巨大なベースに配置され、加えられた力を圧電素子に伝達します。 。この薄い膜に圧力を加えると、圧電材料に負荷がかかり、電圧が発生し始めます。生成される電圧は、加えられる圧力の量に比例します。
加速度計 、地震質量が結晶要素に取り付けられ、加えられた力を圧電材料に伝達します。運動が加えられると、ニュートンの第2法則に従って、地震質量負荷が圧電材料になります。 動きの。圧電材料は、運動の較正に使用される電荷を生成します。
加速度補正要素は、圧力センサーと一緒に使用されます これらのセンサーは不要な振動を拾い、誤った測定値を示す可能性があるためです。
圧電センサー回路
圧電センサーの内部回路は上記のとおりです。抵抗Riは、内部抵抗または絶縁体抵抗です。インダクタンスはセンサーの慣性によるものです。静電容量Ceは、センサー材料の弾性に反比例します。センサーの適切な応答のために、負荷と漏れ抵抗は、低周波数が維持されるように十分に大きくなければなりません。センサーは圧力トランスデューサーと呼ぶことができます 電気信号で。センサーは一次トランスデューサーとも呼ばれます。
圧電センサーの仕様
圧電センサーの基本的な特性のいくつかは
-
- 測定範囲： この範囲は測定制限の対象となります。
-
- 感度S： 出力信号の変化Δyと変化の原因となった信号の比率Δx。
S =Δy/Δx。 - 信頼性： これは、設定された動作条件下で特性を特定の制限に保つセンサーの能力を説明しています。
- 感度S： 出力信号の変化Δyと変化の原因となった信号の比率Δx。
これらに加えて、圧電センサーの仕様のいくつかは、反応、エラー、表示時間などのしきい値です…
- これらのセンサーには、インピーダンス値≤500Ωが含まれています。
- これらのセンサーは通常、約-20°C〜 + 60°Cの温度範囲で動作します。
- これらのセンサーは、劣化を防ぐために-30°C〜 + 70°Cの温度に保つ必要があります。
- これらのセンサーのはんだ付けは非常に低い 温度。
- 圧電センサーのひずみ感度は5V / µƐです。
- 柔軟性が高いため、クォーツは圧電センサーとして最も好ましい材料です。
Arduinoを使用した圧電センサー
圧電センサーとは何かを知る必要があるため、Arduinoを使用したこのセンサーの簡単なアプリケーションを見てみましょう。ここでは、圧力センサーが十分な力を検出したときにLEDを切り替えようとしています。
ハードウェアが必要です
- Arduinoボード 。
- 圧電圧力センサー。
- LED
- 1MΩ抵抗。
回路図：
- ここでは、赤い線で示されたセンサーの正のリード線がArduinoボードのA0アナログピンに接続され、黒い線で示された負のリード線がアースに接続されています。
- 1MΩの抵抗を圧電素子に並列に接続して、圧電素子によって生成される電圧と電流を制限し、アナログ入力を不要な振動から保護します。
- LEDアノードはArduinoのデジタルピンD13に接続され、カソードはグランドに接続されています。
動作中
100のしきい値が回路に設定されているため、しきい値未満の振動に対してセンサーがアクティブになることはありません。これにより、不要な小さな振動をなくすことができます。センサー要素によって生成された出力電圧がしきい値よりも大きい場合、LEDはその状態を変更します。つまり、HIGH状態の場合はLOWになります。値がしきい値よりも低い場合、LEDはその状態を変更せず、以前の状態のままになります。
コード
const int ledPin =13; //デジタルピン13に接続されたLED
const int センサー=A0; //センサーはアナログピンA0に接続されています
const int しきい値=100; //しきい値は100に設定されています
int SensorReading =0; //センサーピンから読み取った値を格納する変数
int ledState =低; //最後のLEDステータスを保存し、ライトを切り替えるために使用される変数
void setup（）
{
pinMode（ledPin、OUTPUT）; // ledPinをOUTPUTとして宣言します
}
void loop（）
{
//センサーを読み取り、変数sensorReadingに保存します。
SensorReading =analogRead（Sensor）;
//センサーの読み取り値がしきい値より大きい場合：
if（sensorReading> =threshold）
{
//ステータスを切り替えますledPinの：
ledState =！ledState;
// LEDピンを更新します：
digitalWrite（ledPin、ledState）;
delay（10000）; //遅延
}
else
{
digitalWrite（ledPin、ledState）; // LEDの初期状態、つまりLOW。
}
}
圧電センサーアプリケーション
-
- 圧電センサーは衝撃検出に使用されます 。
-
- アクティブ圧電センサーは、厚さゲージ、フローセンサーに使用されます。
-
- パッシブ圧電センサーは、マイク、加速度計、音楽ピックアップなどに使用されます…
-
- 圧電センサーは超音波画像にも使用されます。
- これらのセンサーは、光学測定、微動測定、電気音響などに使用されます…
したがって、これは圧電センサーとは何か、特性、仕様、そしてArduinoボードを使用したセンサーの簡単なインターフェースに関するものです。これらの使いやすいセンサーは、さまざまなアプリケーションで場所を見つけます。プロジェクトでこれらのセンサーをどのように使用しましたか？これらのセンサーを使用しているときに直面した最大の課題は何でしたか？
センサー