Apa itu Piezoelektrik Sensor? Rangkaian, Spesifikasi, dan Aplikasi
Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi atau merasakan berbagai jenis jumlah fisik dari lingkungan. Input dapat berupa sensor cahaya, sensor panas, sensor gerakan, sensor kelembaban, sensor tekanan, sensor getaran, sensor posisi dll.
Output yang dihasilkan biasanya berupa sinyal listrik yang proporsional dengan input yang diterapkan. Output ini digunakan untuk mengkalibrasi input atau sinyal output ditransmisikan melalui jaringan untuk diproses lebih lanjut.
Berdasarkan input yang akan diukur ada 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.
Pada artikel ini, kami akan menjelaskan Piezoelektrik Sensor. Silakan merujuk tautan untuk mengetahui lebih lanjut tentang Efek Piezoelektrik.
Ada berbagai jenis bahan piezoelektrik. Contoh bahan (material) piezoelektrik adalah kuarsa kristal tunggal, tulang, dll yang tersedia secara alami. Dibuat secara buatan seperti keramik PZT dll…
Pada sensor tekanan, selaput tipis ditempatkan pada dasar yang masif untuk mentransfer gaya yang diberikan ke elemen piezoelektrik. Setelah menerapkan 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 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.
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.
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.
}
}
Output yang dihasilkan biasanya berupa sinyal listrik yang proporsional dengan input yang diterapkan. Output ini digunakan untuk mengkalibrasi input atau sinyal output ditransmisikan melalui jaringan untuk diproses lebih lanjut.
Berdasarkan input yang akan diukur ada 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.
Pada artikel ini, kami akan menjelaskan Piezoelektrik Sensor. Silakan merujuk tautan untuk 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 berbagai jenis bahan piezoelektrik. Contoh bahan (material) piezoelektrik adalah kuarsa kristal tunggal, tulang, dll yang tersedia secara alami. Dibuat secara buatan seperti keramik PZT dll…
Prinsip Kerja dari 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 yang masif untuk mentransfer gaya yang diberikan ke elemen piezoelektrik. Setelah menerapkan 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 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.
- 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
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 13const 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.