Sensor Piezoelektrik :Rangkaian, Spesifikasi, dan Aplikasi

Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi atau merasakan berbagai jenis besaran fisik dari lingkungan. Inputnya bisa 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 ditransmisikan melalui jaringan untuk diproses lebih lanjut. Berdasarkan masukan yang akan diukur terdapat berbagai jenis sensor. termometer berbasis merkuri bertindak sebagai sensor suhu , sensor Oksigen dalam sistem kontrol emisi mobil mendeteksi oksigen, Sensor foto mendeteksi keberadaan cahaya tampak. Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan sensor piezoelektrik . Silakan lihat tautan untuk mengetahui lebih banyak tentang efek piezoelektrik.

Definisi Sensor Piezoelektrik

Sebuah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip piezoelektrik dikenal sebagai sensor piezoelektrik. Di mana piezoelektrik adalah fenomena di mana listrik dihasilkan jika tekanan mekanis diterapkan pada suatu material. Tidak semua bahan memiliki karakteristik piezoelektrik.

Ada berbagai jenis bahan piezoelektrik. Contoh bahan piezoelektrik adalah kwarsa kristal tunggal yang tersedia secara alami, tulang dll… Diproduksi secara artifisial seperti keramik PZT dll…

Kerja Sensor Piezoelektrik

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

Dalam sensor tekanan, membran tipis ditempatkan pada alas yang masif untuk mentransfer gaya yang diberikan ke elemen piezoelektrik . Setelah penerapan tekanan pada membran tipis ini, bahan piezoelektrik dimuat dan mulai menghasilkan tegangan listrik. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan jumlah tekanan yang diberikan.

Dalam akselerometer , massa seismik melekat pada elemen kristal untuk mentransfer gaya yang diterapkan ke bahan piezoelektrik. Ketika gerakan diterapkan, beban massa seismik adalah bahan piezoelektrik menurut hukum kedua Newton dari gerak. Bahan piezoelektrik menghasilkan muatan yang digunakan untuk kalibrasi gerakan.

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

Sirkuit Sensor Piezoelektrik

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

Spesifikasi Sensor Piezoelektrik

Beberapa karakteristik dasar 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 memperhitungkan kemampuan sensor untuk menjaga karakteristik dalam batas tertentu di bawah kondisi operasional yang ditetapkan.

Selain itu, beberapa spesifikasi sensor piezoelektrik adalah ambang batas reaksi, kesalahan, waktu indikasi, dll…

• Sensor ini berisi nilai Impedansi 500Ω.
• Sensor ini umumnya beroperasi pada kisaran suhu sekitar -20°C hingga +60°C.
• Sensor ini harus disimpan pada suhu antara -30 °C hingga +70 °C untuk mencegahnya dari degradasi.
• Sensor ini memiliki Solder yang sangat rendah suhu.
• Sensitivitas regangan sensor piezoelektrik adalah 5V/µƐ.
• Karena fleksibilitasnya yang tinggi, Quartz adalah material yang paling disukai sebagai sensor piezoelektrik.

Sensor piezoelektrik menggunakan Arduino

Karena kita harus mengetahui apa itu sensor piezoelektrik, mari kita lihat aplikasi sederhana dari sensor ini menggunakan Arduino. Di sini kami mencoba mengaktifkan LED saat sensor tekanan mendeteksi kekuatan yang cukup.

Diperlukan Perangkat Keras

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

Diagram Sirkuit:

• Di sini kabel positif dari sensor yang ditunjukkan dengan kabel merah terhubung ke pin analog A0 dari papan Arduino sedangkan kabel negatif yang ditunjukkan dengan kabel hitam terhubung 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 terhubung ke pin digital D13 Arduino dan katoda terhubung ke ground.

Bekerja

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

Kode

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

pengaturan batal()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // mendeklarasikan ledPin sebagai OUTPUT
}

void loop()
{
// membaca sensor dan menyimpannya dalam variabel sensorReading:
sensorReading =analogRead(Sensor);

// jika pembacaan sensor lebih besar dari ambang batas:
if (sensorReading>=ambang batas)
{
// alihkan status dari ledPin:
ledState =!ledState;
// perbarui pin LED :
digitalWrite(ledPin, ledState);
delay(10000); // delay
}
else
{
digitalWrite (ledPin, ledState); // status awal LED yaitu RENDAH.
}
}

Aplikasi Sensor Piezoelektrik

• • Sensor piezoelektrik digunakan untuk deteksi guncangan .

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

• • Sensor piezoelektrik pasif menggunakan 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 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?