مجسات هي الأجهزة المستخدمة لاكتشاف أو استشعار الأنواع المختلفة للكميات المادية من البيئة. يمكن أن يكون الإدخال عبارة عن ضوء ، حرارة ، حركة ، رطوبة ، ضغط ، اهتزازات ، إلخ ... عادة ما يكون الناتج الناتج إشارة كهربائية تتناسب مع المدخلات المطبقة. يتم استخدام هذا الإخراج لمعايرة الإدخال أو يتم إرسال إشارة الخرج عبر شبكة لمزيد من المعالجة. بناءً على المدخلات المراد قياسها ، توجد أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار. الزئبق القائم ميزان الحرارة يتصرف مثل جهاز استشعار درجة الحرارة ، يقوم مستشعر الأكسجين في نظام التحكم في انبعاثات السيارات بالكشف عن الأكسجين ، ويكتشف مستشعر الصور وجود الضوء المرئي. في هذه المقالة ، سوف نصف مستشعر كهرضغطية . يرجى الرجوع إلى الرابط لمعرفة المزيد عن تأثير كهرضغطية .
تعريف حساس كهرضغطية
جهاز استشعار يعمل على مبدأ الكهربائية الضغطية يُعرف باسم مستشعر كهرضغطية. حيث الكهرباء الانضغاطية هي ظاهرة حيث يتم توليد الكهرباء إذا تم تطبيق الضغط الميكانيكي على مادة. ليست كل المواد لها خصائص كهرضغطية.
مستشعر كهرضغطية
هناك أنواع مختلفة من المواد الكهرضغطية. أمثلة على مواد كهرضغطية هي عبارة عن كوارتز كريستالي أحادي متوفر طبيعيًا ، وعظام ، إلخ ... مصنعة بشكل مصطنع مثل سيراميك PZT ، إلخ ...
عمل مستشعر كهرضغطية
الكميات الفيزيائية التي يتم قياسها بشكل شائع بواسطة مستشعر كهرضغطية هي التسارع والضغط. تعمل كل من مستشعرات الضغط والتسارع على نفس مبدأ الكهرباء الانضغاطية ولكن الاختلاف الرئيسي بينهما هو طريقة تطبيق القوة على عنصر الاستشعار الخاص بها.
في مستشعر الضغط ، يتم وضع غشاء رقيق على قاعدة ضخمة لنقل القوة المطبقة إلى عنصر كهرضغطية . عند تطبيق الضغط على هذا الغشاء الرقيق ، يتم تحميل المادة الكهرضغطية وتبدأ في توليد الفولتية الكهربائية. الجهد الناتج يتناسب مع مقدار الضغط المطبق.
في التسارع ، يتم ربط الكتلة الزلزالية بالعنصر البلوري لنقل القوة المطبقة إلى المواد الكهروضغطية. عند تطبيق الحركة ، فإن الحمل الكتلي الزلزالي هو المادة الكهرضغطية وفقًا لـ قانون نيوتن الثاني من الحركة. تولد المادة الكهرضغطية شحنة تستخدم لمعايرة الحركة.
يتم استخدام عنصر تعويض التسارع جنبًا إلى جنب مع مقياس الضغط حيث يمكن لهذه المستشعرات التقاط الاهتزازات غير المرغوب فيها وإظهار قراءات خاطئة.
دائرة الاستشعار الكهرضغطية
الدائرة الداخلية لمستشعر كهرضغطية مذكورة أعلاه. المقاومة Ri هي المقاومة الداخلية أو مقاومة العازل. المحاثة ناتجة عن قصور المستشعر . السعة Ce تتناسب عكسياً مع مرونة مادة المستشعر. للاستجابة الصحيحة من المستشعر ، يجب أن تكون مقاومة الحمل والتسرب كبيرة بما يكفي للحفاظ على الترددات المنخفضة. يمكن أن يسمى المستشعر بالضغط محول في إشارة كهربائية. تُعرف المستشعرات أيضًا باسم محولات الطاقة الأولية.
مستشعر كهرضغطية
مواصفات المستشعر الكهرضغطية
بعض الخصائص الأساسية لأجهزة الاستشعار الكهرضغطية هي
- نطاق القياس: هذا النطاق يخضع لحدود القياس.
- الحساسية S: نسبة التغيير في إشارة الخرج ∆y إلى الإشارة التي تسببت في التغيير ∆x.
S = ∆y / ∆x. - الموثوقية: هذا يراعي قدرة المستشعرات على الاحتفاظ بالخصائص في حدود معينة في ظل ظروف تشغيلية محددة.
- الحساسية S: نسبة التغيير في إشارة الخرج ∆y إلى الإشارة التي تسببت في التغيير ∆x.
إلى جانب ذلك ، فإن بعض مواصفات المستشعرات الكهرضغطية هي عتبة التفاعل والأخطاء ووقت الإشارة وما إلى ذلك ...
- تحتوي هذه المستشعرات على قيمة مقاومة ≤500Ω.
- تعمل هذه المستشعرات عمومًا في نطاق درجة حرارة يتراوح بين -20 درجة مئوية و +60 درجة مئوية.
- يجب حفظ هذه المستشعرات في درجة حرارة تتراوح بين -30 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية لمنع تدهورها.
- هذه المستشعرات منخفضة جدًا اللحيم درجة الحرارة.
- حساسية الإجهاد لمستشعر كهرضغطية هي 5V /.
- نظرًا لمرونته العالية ، فإن الكوارتز هو المادة المفضلة كمستشعر كهرضغطية.
مستشعر كهرضغطية باستخدام اردوينو
بما أننا يجب أن نعرف ما هو المستشعر الكهرضغطية ، فلنلقِ نظرة على تطبيق بسيط لهذا المستشعر باستخدام Arduino. نحن هنا نحاول تبديل مؤشر LED عندما يكتشف مستشعر الضغط قوة كافية.
الأجهزة مطلوبة
- لوحة اردوينو .
- مستشعر الضغط الكهرضغطية.
- يؤدى
- 1 MΩ المقاوم.
مخطط الرسم البياني:
- هنا يتم توصيل السلك الإيجابي للمستشعر المشار إليه بالسلك الأحمر بالدبوس التناظري A0 بلوحة Arduino بينما السالب المشار إليه بالسلك الأسود متصل بالأرض.
- يتم توصيل المقاوم 1 M بالتوازي مع عنصر بيزو للحد من الجهد والتيار الناتج عن عنصر كهرضغطية ولحماية المدخلات التناظرية من الاهتزازات غير المرغوب فيها.
- يتم توصيل أنود LED بالدبوس الرقمي D13 في Arduino والكاثود متصل بالأرض.
رسم تخطيطي للدائرة
عمل
يتم تعيين قيمة عتبة 100 على الدائرة بحيث لا يتم تنشيط المستشعر للاهتزازات الأقل من العتبة. من خلال هذا ، يمكننا القضاء على الاهتزازات الصغيرة غير المرغوب فيها. عندما يكون جهد الخرج الناتج عن عنصر المستشعر أكبر من قيمة العتبة ، يغير مؤشر LED حالته ، أي إذا كان في حالة عالية ، فإنه ينتقل إلى LOW. إذا كانت القيمة أقل من الحد الأدنى ، فلا يغير مؤشر LED حالته ويظل في حالته السابقة.
رمز
مقدار ثابت int ledPin = 13 // LED متصل بالدبوس الرقمي 13
مقدار ثابت int المستشعر = A0 // مستشعر متصل بالدبوس التناظري A0
مقدار ثابت int العتبة = 100 // تم ضبط الحد على 100
int sensorReading = 0 // متغير لتخزين القيمة المقروءة من دبوس المستشعر
int ledState = قليل // متغير يستخدم لتخزين حالة LED الأخيرة ، لتبديل الضوء
الإعداد باطل()
{
pinMode (ledPin ، الإخراج) // يعلن أن ledPin هو OUTPUT
}
حلقة فارغة()
{
// اقرأ المستشعر واحفظه في المستشعر المتغير قراءة:
sensorReading = analogRead (مستشعر)
// إذا كانت قراءة المستشعر أكبر من الحد الأدنى:
إذا (sensorReading> = عتبة)
{
// تبديل حالة ledPin:
ledState =! ledState
// تحديث دبوس LED:
الكتابة الرقمية (ledPin ، ledState)
تأخير (10000) // تأخير
}
آخر
{
digitalWrite (ledPin ، ledState) // الحالة الأولية لـ LED ، أي LOW.
}
}
تطبيقات الاستشعار الكهرضغطية
- تستخدم مجسات كهرضغطية كشف الصدمة .
- تستخدم مستشعرات كهرضغطية نشطة لقياس السماكة ومستشعر التدفق.
- تستخدم المستشعرات الكهروإجهادية السلبية الميكروفونات ومقياس التسارع والتقاطات الموسيقية وما إلى ذلك ...
- تستخدم أجهزة الاستشعار الكهرضغطية أيضًا للتصوير بالموجات فوق الصوتية.
- تُستخدم هذه المستشعرات للقياسات البصرية ، والقياسات الدقيقة المتحركة ، والصوتيات الكهربائية ، إلخ ...
وبالتالي ، فإن هذا كله يتعلق بما هو ملف مستشعر كهرضغطية والخصائص والمواصفات والتفاعل البسيط للمستشعر باستخدام لوحة Arduino. تجد هذه المستشعرات سهلة الاستخدام مكانًا لها في التطبيقات المختلفة. كيف استخدمت هذه المستشعرات في مشروعك؟ ما هو أكبر تحد واجهته أثناء استخدام هذه المستشعرات؟
