Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi atau merasakan berbagai jenis besaran fisik dari lingkungan. Input dapat berupa cahaya, panas, gerakan, kelembaban, tekanan, getaran, dll. Output yang dihasilkan biasanya berupa sinyal listrik yang sebanding dengan input yang diterapkan. Output ini digunakan untuk mengkalibrasi input atau sinyal output yang dikirimkan melalui jaringan untuk diproses lebih lanjut. Berdasarkan masukan yang akan diukur terdapat berbagai jenis sensor. Berbasis merkuri termometer bertindak sebagai sensor temperatur , Sensor oksigen dalam sistem kontrol emisi mobil mendeteksi oksigen, Sensor foto mendeteksi adanya cahaya tampak. Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan sensor piezoelektrik . Silakan merujuk tautan untuk mengetahui lebih lanjut tentang efek piezoelektrik .

Definisi Sensor Piezoelektrik

Sensor yang bekerja berdasarkan prinsip piezoelektrik dikenal sebagai sensor piezoelektrik. Dimana piezoelektrik adalah fenomena dimana listrik dihasilkan jika tekanan mekanis diterapkan pada suatu material. Tidak semua material memiliki karakteristik piezoelektrik.

Sensor piezoelektrik

Ada berbagai macam jenis bahan piezoelektrik. Contoh dari bahan piezoelektrik adalah kuarsa kristal tunggal yang tersedia secara alami, tulang dll. Dibuat secara artifisial seperti keramik PZT dll ...

Bekerja dari Sensor Piezoelektrik

Besaran fisik yang umumnya diukur oleh sensor piezoelektrik adalah Percepatan dan Tekanan. Baik sensor tekanan dan percepatan bekerja dengan prinsip piezoelektrik yang sama, tetapi perbedaan utama di antara keduanya adalah cara gaya diterapkan pada elemen penginderaannya.

Dalam sensor tekanan, selaput tipis ditempatkan di atas dasar masif untuk mentransfer gaya yang diterapkan ke elemen piezoelektrik . Setelah penerapan tekanan pada membran tipis ini, bahan piezoelektrik akan dibebani dan mulai menghasilkan tegangan listrik. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan jumlah tekanan yang diterapkan.

Di akselerometer , massa seismik melekat pada elemen kristal untuk mentransfer gaya yang diberikan ke bahan piezoelektrik. Saat gerakan diterapkan, beban massa seismik adalah material piezoelektrik yang sesuai Hukum kedua Newton gerak. Bahan piezoelektrik menghasilkan muatan yang digunakan untuk kalibrasi gerakan.

Elemen kompensasi percepatan digunakan bersama dengan a sensor tekanan karena sensor ini dapat menangkap getaran yang tidak diinginkan dan menunjukkan pembacaan yang salah.

Sirkuit Sensor Piezoelektrik

Sirkuit internal sensor piezoelektrik diberikan di atas. Hambatan Ri adalah resistansi internal atau resistansi isolator. Induktansi disebabkan oleh inersia sensor . Kapasitansi Ce berbanding terbalik dengan elastisitas bahan sensor. Untuk respon yang tepat dari sensor, beban dan tahanan kebocoran harus cukup besar sehingga frekuensi rendah dapat dipertahankan. Sensor bisa disebut tekanan transduser dalam sinyal listrik. Sensor juga dikenal sebagai transduser primer.

Sensor piezoelektrik

Spesifikasi Sensor Piezoelektrik

Beberapa karakteristik dasar dari sensor piezoelektrik adalah

- Rentang pengukuran: Rentang ini tunduk pada batas pengukuran.

- Sensitivitas S: Rasio perubahan sinyal keluaran ∆y terhadap sinyal yang menyebabkan perubahan ∆x.
  S = ∆y / ∆x.
- Keandalan: Ini menjelaskan kemampuan sensor untuk menjaga karakteristik dalam batas tertentu di bawah kondisi operasional yang ditetapkan.

Selain itu, beberapa spesifikasi sensor piezoelektrik adalah ambang reaksi, kesalahan, waktu penunjukan, dll.

Sensor ini mengandung nilai Impedansi ≤500Ω.
Sensor ini umumnya beroperasi pada kisaran suhu sekitar -20 ° C hingga + 60 ° C.
Sensor ini harus dijaga pada suhu antara -30 ° C hingga + 70 ° C untuk mencegah degradasi.
Sensor ini memiliki daya yang sangat rendah Pematerian suhu.
Sensitivitas regangan sensor piezoelektrik adalah 5V / µƐ.
Karena fleksibilitasnya yang tinggi, Quartz adalah bahan yang paling disukai sebagai sensor piezoelektrik.

Sensor piezoelektrik menggunakan Arduino

Seperti yang telah kita ketahui tentang apa itu sensor piezoelektrik, mari kita lihat aplikasi sederhana dari sensor ini menggunakan Arduino. Di sini kami mencoba mengaktifkan LED ketika sensor tekanan mendeteksi kekuatan yang cukup.

Hardware Diperlukan

Papan Arduino .
Sensor tekanan piezoelektrik.
LED
Resistor 1 MΩ.

Diagram Sirkuit:

Di sini kabel positif sensor yang ditunjukkan dengan kabel merah dihubungkan ke pin analog A0 papan Arduino sedangkan kabel negatif ditunjukkan dengan kabel hitam dihubungkan ke ground.
Sebuah resistor 1 MΩ dihubungkan secara paralel ke elemen piezo untuk membatasi tegangan dan arus yang dihasilkan oleh elemen piezoelektrik dan untuk melindungi input analog dari getaran yang tidak diinginkan.
Anoda LED dihubungkan ke pin digital D13 dari Arduino dan katoda dihubungkan ke ground.

Skema Sirkuit

Kerja

Nilai ambang 100 diatur ke sirkuit sehingga sensor tidak diaktifkan untuk getaran kurang dari ambang batas. Dengan ini, kita bisa menghilangkan getaran kecil yang tidak diinginkan. Ketika tegangan output yang dihasilkan oleh elemen sensor lebih besar dari nilai ambang, LED mengubah statusnya, yaitu jika dalam status TINGGI maka akan menjadi RENDAH. Jika nilainya lebih rendah dari ambang batas, LED tidak mengubah statusnya dan tetap dalam keadaan sebelumnya.

Kode

const int ledPin = 13 // LED terhubung ke pin digital 13
const int Sensor = A0 // Sensor terhubung ke pin analog A0
const int threshold = 100 // Threshold disetel ke 100
int sensorReading = 0 // variabel untuk menyimpan nilai yang dibaca dari pin sensor
int ledState = RENDAH // variabel yang digunakan untuk menyimpan status LED terakhir, untuk menyalakan lampu

batal penyiapan ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // nyatakan ledPin sebagai OUTPUT
}

void loop ()
{
// baca sensor dan simpan di variabel sensorReading:
sensorReading = analogRead (Sensor)

// jika pembacaan sensor lebih besar dari ambang batas:
if (sensorReading> = threshold)
{
// ubah status ledPin:
ledState =! ledState
// perbarui pin LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
delay (10000) // penundaan
}
lain
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // status awal LED, yaitu LOW.
}
}

Aplikasi Sensor Piezoelektrik

- Sensor piezoelektrik digunakan untuk deteksi kejutan .

- Sensor piezoelektrik aktif digunakan untuk pengukur ketebalan, sensor aliran.

- Sensor piezoelektrik pasif digunakan mikrofon, akselerometer, pickup musik, dll ...

- Sensor piezoelektrik juga digunakan untuk pencitraan ultrasound.
- Sensor ini digunakan untuk pengukuran optik, pengukuran gerakan mikro, akustik elektro, dll…

Jadi, ini semua tentang apa itu a sensor piezoelektrik , properti, spesifikasi dan juga antarmuka sederhana dari sensor menggunakan papan Arduino. Sensor yang mudah digunakan ini menemukan tempat di berbagai aplikasi. Bagaimana Anda menggunakan sensor ini dalam proyek Anda? Apa tantangan terbesar yang Anda hadapi saat menggunakan sensor ini?