Capteurs sont des dispositifs utilisés pour détecter ou détecter les différents types de grandeurs physiques de l'environnement. L'entrée peut être de la lumière, de la chaleur, du mouvement, de l'humidité, de la pression, des vibrations, etc. La sortie générée est généralement un signal électrique proportionnel à l'entrée appliquée. Cette sortie est utilisée pour calibrer l'entrée ou le signal de sortie est transmis sur un réseau pour un traitement ultérieur. En fonction de l'entrée à mesurer, il existe différents types de capteurs. À base de mercure thermomètre agit comme un capteur de température , un capteur d'oxygène dans le système de contrôle des émissions des voitures détecte l'oxygène, le capteur photo détecte la présence de lumière visible. Dans cet article, nous décririons le capteur piézoélectrique . Veuillez consulter le lien pour en savoir plus sur le effet piézoélectrique .

Définition d'un capteur piézoélectrique

Un capteur qui fonctionne sur le principe de piézo-électricité est connu sous le nom de capteur piézoélectrique. Où la piézoélectricité est un phénomène où l'électricité est produite si une contrainte mécanique est appliquée à un matériau. Tous les matériaux n'ont pas des caractéristiques piézoélectriques.

Capteur piézoélectrique

Il existe différents types de matériaux piézoélectriques. Exemples de matériaux piézoélectriques sont du quartz monocristallin naturel disponible, de l'os, etc. Fabriqué artificiellement comme la céramique PZT, etc.

Fonctionnement d'un capteur piézoélectrique

Les grandeurs physiques couramment mesurées par un capteur piézoélectrique sont l'accélération et la pression. Les capteurs de pression et d'accélération fonctionnent sur le même principe de piézoélectricité, mais la principale différence entre eux est la façon dont la force est appliquée à leur élément sensible.

Dans le capteur de pression, une fine membrane est placée sur une base massive pour transférer la force appliquée au élément piézoélectrique . Lors de l'application d'une pression sur cette membrane mince, le matériau piézoélectrique se charge et commence à générer des tensions électriques. La tension produite est proportionnelle à la quantité de pression appliquée.

Dans accéléromètres , une masse sismique est attachée à l'élément cristallin pour transférer la force appliquée aux matériaux piézoélectriques. Lorsqu'un mouvement est appliqué, la charge massique sismique est le matériau piézoélectrique selon Deuxième loi de Newton de mouvement. Le matériau piézoélectrique génère une charge utilisée pour l'étalonnage du mouvement.

Un élément de compensation d'accélération est utilisé avec un capteur de pression car ces capteurs peuvent capter des vibrations indésirables et afficher de fausses lectures.

Circuit de capteur piézoélectrique

Un circuit interne de capteur piézoélectrique est donné ci-dessus. La résistance Ri est la résistance interne ou la résistance de l'isolant. L'inductance est due à l'inertie de le capteur . La capacité Ce est inversement proportionnelle à l'élasticité du matériau du capteur. Pour une réponse correcte du capteur, la charge et la résistance de fuite doivent être suffisamment importantes pour que les basses fréquences soient préservées. Un capteur peut être appelé une pression transducteur dans un signal électrique. Les capteurs sont également appelés transducteurs primaires.

Capteur piézoélectrique

Spécifications du capteur piézoélectrique

Certaines des caractéristiques de base des capteurs piézoélectriques sont

- La plage de mesure: Cette plage est soumise à des limites de mesure.

- Sensibilité S: Rapport entre le changement du signal de sortie ∆y et le signal qui a provoqué le changement ∆x.
  S = ∆y / ∆x.
- Fiabilité: Cela explique la capacité des capteurs à conserver des caractéristiques dans certaines limites dans des conditions opérationnelles définies.

Outre cela, certaines des spécifications des capteurs piézoélectriques sont un seuil de réaction, d'erreurs, de temps d'indication etc ...

Ces capteurs contiennent comme valeur d'impédance ≤500Ω.
Ces capteurs fonctionnent généralement dans une plage de température d'environ -20 ° C à + 60 ° C.
Ces capteurs doivent être maintenus à une température comprise entre -30 ° C et + 70 ° C pour éviter leur dégradation.
Ces capteurs ont une très faible Soudure Température.
La sensibilité à la déformation d'un capteur piézoélectrique est de 5V / µƐ.
En raison de sa grande flexibilité, le quartz est le matériau le plus préféré en tant que capteur piézoélectrique.

Capteur piézoélectrique utilisant Arduino

Comme nous devons savoir ce qu'est un capteur piézoélectrique, examinons une application simple de ce capteur à l'aide d'Arduino. Ici, nous essayons d'activer une LED lorsque le capteur de pression détecte une force suffisante.

Matériel requis

Carte Arduino .
Capteur de pression piézoélectrique.
LED
Résistance 1 MΩ.

Schéma:

Ici, le fil positif du capteur indiqué par un fil rouge est connecté à la broche analogique A0 de la carte Arduino tandis que le fil négatif indiqué par un fil noir est connecté à la terre.
Une résistance de 1 MΩ est connectée en parallèle à l'élément piézoélectrique pour limiter la tension et le courant produits par l'élément piézoélectrique et pour protéger l'entrée analogique des vibrations indésirables.
L'anode LED est connectée à la broche numérique D13 de l'Arduino et la cathode est connectée à la terre.

Schéma du circuit

Travail

Une valeur de seuil de 100 est fixée au circuit de sorte que le capteur ne soit pas activé pour des vibrations inférieures au seuil. De cette manière, nous pouvons éliminer les petites vibrations indésirables. Lorsque la tension de sortie générée par l'élément de capteur est supérieure à la valeur de seuil, la LED change d'état, c'est-à-dire si elle est à l'état HAUT, elle passe à BAS. Si la valeur est inférieure au seuil, la LED ne change pas d’état et reste dans son état précédent.

Code

const int ledPin = 13 // LED connectée à la broche numérique 13
const int Sensor = A0 // Capteur connecté à la broche analogique A0
const int seuil = 100 // Le seuil est défini sur 100
int sensorReading = 0 // variable pour stocker la valeur lue depuis la broche du capteur
int ledState = FAIBLE // variable utilisée pour stocker le dernier état de la LED, pour basculer la lumière

void setup()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // déclare le ledPin comme OUTPUT
}

boucle vide ()
{
// lire le capteur et le stocker dans la variable sensor
sensorReading = analogRead (capteur)

// si la lecture du capteur est supérieure au seuil:
if (sensorReading> = seuil)
{
// bascule le statut du ledPin:
ledState =! ledState
// mettre à jour la broche LED:
digitalWrite (ledPin, ledState)
delay (10000) // délai
}
autre
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // l'état initial de la LED, c'est-à-dire LOW.
}
}

Applications des capteurs piézoélectriques

- Les capteurs piézoélectriques sont utilisés pour détection de choc .

- Les capteurs piézoélectriques actifs sont utilisés pour la jauge d'épaisseur, le capteur de débit.

- Les capteurs piézoélectriques passifs sont utilisés microphones, accéléromètres, micros musicaux etc…

- Les capteurs piézoélectriques sont également utilisés pour l'imagerie par ultrasons.
- Ces capteurs sont utilisés pour les mesures optiques, les mesures de micro-mouvement, l'électroacoustique etc…

Ainsi, il s'agit de ce qu'est un capteur piézoélectrique , propriétés, spécifications et interface simple du capteur à l'aide de la carte Arduino. Ces capteurs simples à utiliser trouvent leur place dans diverses applications. Comment avez-vous utilisé ces capteurs dans votre projet? Quel a été le plus grand défi auquel vous avez été confronté lors de l'utilisation de ces capteurs?