Apa itu Piezoelektrik Sensor? Rangkaian, Spesifikasi, dan Aplikasi

Sensor adalah perangkat yg digunakan buat mendeteksi atau mencicipi poly sekali jenis jumlah fisik dari lingkungan. Input sanggup berupa sensor cahaya, sensor panas, sensor gerakan, sensor kelembaban, sensor tekanan, sensor getaran, sensor posisi dll.

Output yang didapatkan umumnya berupa frekuwensi listrik yg proporsional dengan input yg diterapkan. Output ini dipakai buat mengkalibrasi input atau frekuwensi output ditransmisikan melalui jaringan buat diproses lebih lanjut.

Berdasarkan input yang akan diukur masih ada aneka macam jenis sensor. Termometer berbasis merkuri bertindak sebagai sensor suhu, sensor Oksigen dalam sistem kontrol emisi kendaraan beroda empat mendeteksi oksigen, Sensor foto mendeteksi eksistensi cahaya tampak.

Pada artikel ini, kami akan membicarakan Piezoelektrik Sensor. Silakan merujuk tautan buat mengetahui lebih lanjut tentang Efek Piezoelektrik.

Definisi Piezoelektrik Sensor

Sensor yang bekerja berdasarkan prinsip piezoelektrik dikenal sebagai Piezoelektrik Sensor. Dimana piezoelektrik adalah fenomena di mana listrik dihasilkan jika tekanan mekanik diterapkan pada suatu material. Tidak semua bahan memiliki karakteristik piezoelektrik.

Ada banyak sekali jenis bahan piezoelektrik. Contoh bahan (material) piezoelektrik merupakan kuarsa kristal tunggal, tulang, dll yang tersedia secara alami. Dibuat secara buatan contohnya keramik PZT dll?

Prinsip Kerja berdasarkan Piezoelektrik Sensor

Kuantitas fisik yang biasa diukur oleh Piezoelektrik Sensor adalah Akselerasi dan Tekanan. Baik sensor tekanan dan akselerasi bekerja pada prinsip piezoelektrik yang sama tetapi perbedaan utama di antara keduanya adalah cara gaya diterapkan pada elemen penginderaan mereka.

Pada sensor tekanan, selaput tipis ditempatkan pada dasar yg masif buat mentransfer gaya yg diberikan ke elemen piezoelektrik. Setelah menerapkan tekanan pada membran tipis ini, bahan piezoelektrik dimuat

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

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

Rangkaian Piezoelektrik Sensor

Rangkaian internal Piezoelektrik Sensor diberikan di atas. Resistansi Ri adalah resistansi internal atau resistansi isolator. Induktansi ini disebabkan oleh inersia sensor. Kapasitansi C berbanding terbalik dengan elastisitas bahan sensor.

Untuk respons sensor yang tepat, resistansi beban dan kebocoran harus cukup besar sehingga frekuensi rendah dipertahankan. Sensor dapat disebut transduser tekanan dalam sinyal listrik. Sensor juga dikenal sebagai transduser primer.

Spesifikasi Piezoelektrik Sensor

Beberapa karakteristik dasar dari Piezoelektrik Sensor adalah

• Rentang pengukuran: Rentang ini tunduk pada batas pengukuran.
• Sensitivitas S: Rasio perubahan sinyal output ∆y terhadap sinyal yang menyebabkan perubahan ∆x.

S = ∆y/∆x.

Keandalan: Kemampuan sensor ini untuk menjaga karakteristik dalam batas tertentu di bawah kondisi operasional yang ditetapkan.

Selain itu, beberapa spesifikasi Piezoelektrik Sensor adalah ambang reaksi, kesalahan, waktu indikasi dll.

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

Piezoelektrik Sensor menggunakan Arduino

Karena kita harus tahu apa itu Piezoelektrik Sensor, mari kita lihat aplikasi sederhana sensor ini menggunakan Arduino. Di sini kami mencoba untuk mengaktifkan LED ketika sensor tekanan mendeteksi kekuatan yang cukup.

Perangkat Keras yang Diperlukan

• Papan Arduino.
• Piezoelektrik sensor tekanan.
• LED
• Resistor 1 MΩ.

Diagram Rangkaian:

• Di sini ujung positif sensor yang ditunjukkan dengan kabel merah terhubung ke pin analog A0 dari papan Arduino sedangkan timah 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 dari Arduino dan katoda terhubung ke ground.

Cara Kerja

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

Kode

const int ledPin = 13; //LED connected to digital pin 13

const int Sensor = A0; // Sensor connected to analog pin A0

const int threshold = 100; // Threshold is set to 100

int sensorReading = 0; // variable to store the value read from the sensor pin

int ledState = LOW; // variable used to store the last LED status, to toggle the light

void setup()

{

pinMode(ledPin, OUTPUT); // declare the ledPin as OUTPUT

}

void loop()

{

// read the sensor and store it in the variable sensorReading:

sensorReading = analogRead(Sensor);

// if the sensor reading is greater than the threshold:

if (sensorReading >= threshold)

{

// toggle the status of the ledPin:

ledState = !ledState;

// update the LED pin :

digitalWrite(ledPin, ledState);

delay(10000); // delay

}

else

{

digitalWrite (ledPin, ledState); // the initial state of LED i.e. LOW.

}

}

Aplikasi Piezoelektrik Sensor

• Piezoelektrik Sensor digunakan untuk deteksi guncangan.
• Piezoelektrik Sensor aktif digunakan untuk mengukur ketebalan, sensor aliran.
• Piezoelektrik Sensor pasif digunakan mikrofon, akselerometer, pickup musik dll...
• Piezoelektrik Sensor juga digunakan untuk pencitraan ultrasound.
• Sensor ini digunakan untuk pengukuran optik, pengukuran gerakan mikro, akustik elektro dll.

Jadi, ini semua tentang apa yang dimaksud dengan Piezoelektrik Sensor, properti, spesifikasi, dan juga antarmuka sensor yang sederhana menggunakan papan Arduino. Sensor yang mudah digunakan ini menemukan tempat di berbagai aplikasi.