압전 센서:회로, 사양 및 응용

센서 환경에서 다양한 유형의 물리량을 감지하거나 감지하는 데 사용되는 장치입니다. 입력은 빛, 열, 움직임, 습기, 압력, 진동 등이 될 수 있습니다. 생성된 출력은 일반적으로 적용된 입력에 비례하는 전기 신호입니다. 이 출력은 입력을 보정하는 데 사용되거나 출력 신호는 추가 처리를 위해 네트워크를 통해 전송됩니다. 측정할 입력에 따라 다양한 유형의 센서가 있습니다. 수은 기반 온도계 온도 센서 역할 , 자동차 배기가스 제어 시스템의 산소 센서는 산소를 감지하고 포토 센서는 가시광선의 존재를 감지합니다. 이 문서에서는 압전 센서에 대해 설명합니다. . 압전 효과에 대한 자세한 내용은 링크를 참조하십시오.

압전 센서의 정의

압전기 원리에 따라 작동하는 센서 압전 센서로 알려져 있습니다. 여기서 압전은 물질에 기계적 응력이 가해지면 전기가 발생하는 현상입니다. 모든 재료에 압전 특성이 있는 것은 아닙니다.

압전 재료에는 다양한 유형이 있습니다. 압전 재료의 예 자연적으로 사용 가능한 단결정 석영, 뼈 등... PZT 세라믹 등과 같이 인공적으로 제조됩니다...

압전 센서의 작동

압전 센서로 일반적으로 측정되는 물리량은 가속도와 압력입니다. 압력 및 가속도 센서는 모두 동일한 압전 원리로 작동하지만 이들의 주요 차이점은 힘이 감지 요소에 적용되는 방식입니다.

압력 센서에서 얇은 멤브레인이 거대한 베이스에 배치되어 적용된 힘을 압전 소자에 전달합니다. . 이 얇은 멤브레인에 압력을 가하면 압전 물질이 로드되어 전압을 생성하기 시작합니다. 생성된 전압은 적용된 압력의 양에 비례합니다.

가속도계에서 , 지진 덩어리가 결정 소자에 부착되어 가해진 힘을 압전 재료에 전달합니다. 운동이 가해지면 뉴턴의 제2법칙에 따라 지진질량하중의 압전재료 모션의. 압전 물질은 운동 보정에 사용되는 전하를 생성합니다.

가속도 보상 요소는 압력 센서와 함께 사용됩니다. 이러한 센서가 원치 않는 진동을 감지하고 잘못된 판독값을 표시할 수 있기 때문입니다.

압전 센서 회로

압전 센서 내부 회로는 위에 나와 있습니다. 저항 Ri는 내부 저항 또는 절연체 저항입니다. 인덕턴스는 센서의 관성 때문입니다. 커패시턴스 Ce는 센서 재료의 탄성에 반비례합니다. 센서의 적절한 응답을 위해서는 부하와 누설 저항이 충분히 커야 저주파가 보존됩니다. 센서는 압력 변환기라고 부를 수 있습니다. 전기 신호에서. 센서는 기본 변환기라고도 합니다.

압전 센서 사양

압전 센서의 기본 특성 중 일부는

• • 측정 범위: 이 범위는 측정 한계의 적용을 받습니다.

• • 감도 S: 출력 신호 ∆y에서 변화 ∆x를 유발한 신호에 대한 변화 비율.
    S =∆y/∆x.
  • 신뢰성: 이는 설정된 작동 조건에서 특성을 특정 한계로 유지하는 센서 기능을 설명합니다.

이 외에도 압전 센서의 일부 사양은 반응 임계값, 오류, 표시 시간 등...

• 이 센서는 임피던스 값 ≤500Ω을 포함합니다.
• 이 센서는 일반적으로 약 -20°C ~ +60°C의 온도 범위에서 작동합니다.
• 이 센서는 성능 저하를 방지하기 위해 -30°C ~ +70°C의 온도에서 유지해야 합니다.
• 이 센서는 납땜이 매우 낮습니다. 온도.
• 압전 센서의 변형 감도는 5V/µƐ입니다.
• 고유연성으로 인해 석영은 압전 센서로 가장 선호되는 재료입니다.

Arduino를 사용한 압전 센서

압전 센서가 무엇인지 알아야 하므로 Arduino를 사용하여 이 센서를 간단하게 적용하는 방법을 살펴보겠습니다. 여기서 우리는 압력 센서가 충분한 힘을 감지하면 LED를 토글하려고 합니다.

하드웨어 필요

• Arduino 보드 .
• 압전 압력 센서.
• LED
• 1MΩ 저항기.

회로도:

• 여기서 빨간색 선으로 표시된 센서의 양극 리드는 Arduino 보드의 A0 아날로그 핀에 연결되고 검은색 선으로 표시된 음극 리드는 접지에 연결됩니다.
• 1MΩ 저항은 압전 소자에 의해 생성되는 전압과 전류를 제한하고 원치 않는 진동으로부터 아날로그 입력을 보호하기 위해 압전 소자에 병렬로 연결됩니다.
• LED 양극은 Arduino의 디지털 핀 D13에 연결되고 음극은 접지에 연결됩니다.

작업

임계값 미만의 진동에 대해 센서가 활성화되지 않도록 임계값 100이 회로에 설정됩니다. 이를 통해 원치 않는 작은 진동을 제거할 수 있습니다. 센서 소자에 의해 생성된 출력 전압이 임계값보다 클 때 LED는 상태를 변경합니다. 즉, HIGH 상태이면 LOW로 이동합니다. 값이 임계값보다 낮으면 LED는 상태를 변경하지 않고 이전 상태를 유지합니다.

코드

const int led 핀 =13; //디지털 핀 13에 연결된 LED
const int 센서 =A0; // 아날로그 핀 A0에 연결된 센서
const int 임계값 =100; // 임계값이 100으로 설정됨
int 센서 판독 =0; // 센서 핀에서 읽은 값을 저장할 변수
int ledState =낮음; // 조명을 토글하기 위해 마지막 LED 상태를 저장하는 데 사용되는 변수

설정() 무효
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // ledPin을 OUTPUT으로 선언
}

void loop()
{
// 센서를 읽고 변수 sensorReading에 저장합니다.
sensorReading =analogRead(Sensor);

// 센서 판독값이 임계값보다 큰 경우:
if (sensorReading>=임계값)
{
// 상태 전환 ledPin의:
ledState =!ledState;
// LED 핀 업데이트:
digitalWrite(ledPin, ledState);
delay(10000); // 지연
}
else
{
digitalWrite(ledPin, ledState); // LED의 초기 상태 즉, LOW.
}
}

압전 센서 애플리케이션

• • 압전 센서는 충격 감지에 사용됩니다. .

• • 두께 게이지, 유량 센서에는 능동 압전 센서가 사용됩니다.

• • 수동 압전 센서는 마이크, 가속도계, 음악 픽업 등에 사용됩니다.

• • 압전 센서는 초음파 이미징에도 사용됩니다.
  • 이 센서는 광학 측정, 미세 이동 측정, 전기 음향 등에 사용됩니다.

따라서 압전 센서가 무엇인지, 속성, 사양 및 Arduino 보드를 사용한 센서의 간단한 인터페이스에 대한 모든 것입니다. 이 사용하기 쉬운 센서는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 프로젝트에서 이러한 센서를 어떻게 사용했습니까? 이 센서를 사용하면서 직면한 가장 큰 어려움은 무엇이었습니까?