Pengertian,Cara kerja dan Fungsi Piezoelectric

{tocify} $title={Daftar Isi}

 Di dunia digital ini, sebagian besar kehidupan manusia menggunakan sensor dan sensor memegang peran penting dalam kehidupan kita.  Menjadikan setiap aktivitas sebagai otomatis, seseorang dapat menemukan berbagai jenis sensor di tempat kerja, rumah, mobil, dan di banyak tempat lainnya.  Jadi, mari kita mulai dengan definisi apa yang dimaksud dengan sensor dan bagaimana ia menciptakan dampak yang besar bagi kehidupan umat manusia?  Sensor adalah perangkat di mana mereka menerima sinyal input dan memberikan output sesuai dengan perubahan fisik.  Sinyal input mungkin panas, tekanan, cahaya, gerakan, getaran, dll. Sensor hari ini dapat dengan mudah berkomunikasi dengan perangkat elektronik dan digunakan untuk menghitung dan banyak tujuan lainnya.  Berbagai peningkatan dalam teknologi memungkinkan pengembangan berbagai jenis sensor yang memiliki fitur lengkap, augmented fidelity, dan keandalan yang ditingkatkan.  Dan yang paling menonjol dari semua sensor yang ada adalah sensor Piezoelektrik.

 Definisi Sensor Piezoelektrik

 Sensor piezoelektrik juga disebut sebagai transduser piezoelektrik adalah perangkat yang memanfaatkan efek piezoelektrik untuk memanfaatkan beberapa modifikasi terukur dalam bentuk suhu, tekanan, gaya, percepatan atau regangan dengan mengkonversi ke muatan listrik.  Kemampuan bahan piezoelektrik untuk mengubah tekanan mekanik yang diterapkan menjadi perubahan listrik disebut sebagai efek piezoelektrik.  Muatan listrik yang dihasilkan berbanding lurus dengan tekanan yang diberikan.

 

Cara kerja Sensor Piezoelektrik 

 Ketika tekanan atau percepatan tertentu diterapkan pada bahan piezoelektrik, jumlah muatan listrik yang sesuai mulai dihasilkan di semua tepi kristal.  Tegangan yang dihasilkan dapat diukur secara proporsional dengan tekanan atau percepatan yang diberikan.  Sensor piezoelektrik juga bekerja pada mekanisme efek piezoelektrik terbalik.  Di sini, prinsip operasinya adalah, menerapkan tegangan tertentu pada bahan piezoelektrik akan memicu bahan untuk mengubah bentuknya.

 Gaya statis yang diterapkan menghasilkan muatan listrik berikutnya di seluruh sensor.  Di sisi lain, muatan ini akan bocor seiring waktu karena tindakan yang salah seperti isolasi yang tidak sempurna, elektronik yang terpasang, resistansi sensor internal, dan lainnya.

 Oleh karena itu, sensor piezoelektrik umumnya tidak cocok untuk mengukur tekanan statis.  Sinyal keluaran yang dihasilkan cenderung nol juga pada ketersediaan tekanan konstan.  Perangkat menerima perubahan dinamis dalam tekanan di seluruh cakupan tekanan dan frekuensi yang diperluas.  Jadi, penerimaan dinamis ini sesuai bahwa perangkat bekerja dengan baik bahkan untuk mengukur modifikasi minimal dalam tekanan bahkan dalam keadaan lingkungan tekanan tinggi.

 Sementara di akselerometer, sejumlah tekanan seismik diterapkan pada kristal untuk meneruskan tekanan yang diberikan ke perangkat piezoelektrik.  Ketika gerakan dimulai, tekanan seismik mulai memuat bahan piezoelektrik sesuai dengan hukum gerak kedua Newton.  Kemudian perangkat melepaskan muatan yang digunakan untuk kalibrasi gerakan.

 spesifikasi

 Spesifikasi dari sensor ini antara lain sebagai berikut.

 Sensitivitas – Diukur dalam proporsi sinyal output relatif terhadap perubahan yang dihasilkan.

 Keandalan – Ini sesuai dengan kemampuan sensor untuk mempertahankan fitur tertentu dalam batas dalam keadaan kerja.

•  Bekerja di bawah nilai impedansi 500Ω

•  Beroperasi dalam rentang tegangan 30Vp-p

•  Suhu pengoperasian 20 °C~+60 °C

•  Umumnya disimpan di bawah suhu  30°C~+70°C

•  Suhu Solder Rendah Minimal

•  Sensitivitas regangan 5V/µƐ

•  Bahan Quartz yang banyak digunakan (Karena fleksibilitas yang ditingkatkan)

 Sirkuit Dasar

 Diagram di bawah ini menjelaskan pengoperasian sensor piezoelektrik dan menunjukkan hasilnya.

 Rangkaian Sensor Piezoelektrik menggunakan Arduino

 Karena ada banyak aplikasi tentang cara menerapkan sensor piezoelektrik menggunakan Arduino, berikut ini adalah aplikasi cara menggunakan elemen piezo untuk mengidentifikasi getaran pada elemen (mungkin ketukan pintu atau ketukan meja).

 Komponen Perangkat Keras yang Diperlukan

•  Papan Arduino

•   piezoelektrik

•  1M resistor

 Perakitan

 Seperti yang telah kita bahas bahwa perangkat piezoelektrik menghasilkan tegangan keluaran ketika dilengkapi dengan gerakan getaran atau tekanan mekanis.  Dengan cara yang sama, ketika jumlah tegangan yang sesuai diterapkan di seluruh elemen piezo, itu menghasilkan gerakan dan menghasilkan nada.

 Sketsa membaca hasil piezo melalui perintah analogRead (), sehingga mengubah rentang tegangan 0 hingga 5 volt ke rentang numerik 0 hingga 1023 dalam prosedur yang dinyatakan sebagai konversi analog ke digital atau ADC.  Ketika rentang output yang dikirim lebih besar dari batas ambang yang ditentukan, maka papan mengirimkan nada "Knock" di port serial.

 Awalnya, elemen piezoelektrik terpolarisasi yang berarti bahwa tegangan dilewatkan melalui mereka dalam arah tertentu.  Secara umum, buat koneksi sebagai berikut:

 • Kabel hitam – Terhubung ke tegangan minimal (Pembumian)

 • Kabel merah – Terhubung ke pin tegangan maksimum (pin Analog 0)

 • Resistor 1M – Terhubung secara paralel ke elemen piezo (Membatasi baik I (arus) dan V (tegangan) yang dihasilkan oleh piezo dan untuk menangani input analog).

 Diagram skematik

 Gambar di bawah menunjukkan detail sambungan pin dari sensor piezoelektrik menggunakan Arduino termasuk dengan pin input dan output bersama dengan catu daya.

 

 Kode

 Kode di bawah ini mendefinisikan bahwa informasi piezo yang masuk diukur relatif terhadap nilai ambang batas yang ditentukan oleh pengguna.  Seseorang dapat memaksimalkan atau meminimalkan batas ini, untuk meningkatkan seluruh nilai sensitivitas sensor.

 const int ledPin = 13; // LED is connected to pin D13

const int knock sensorknockSensor = 40; //piezo element is connected to Analog input A0 (pin 40)
const int threshold = 100; //specified threshold limit when the detected sound is either knock or not

//altering variables
int sensorReading = 0; // declaration of a variable to store the value sent from sensor pin
int ledState = LOW; // declaration of a variable to store the status of LED, to toggle the light

void setup (){
pinMode (ledPin, OUTPUT); // declaring ledPin as the output pin
Serial.begin (9600); // using of serial port
}

void loop (){}
sensorReading = analogRead (knockSensor);
if (sensorReading >= threshold)}
ledState = !ledState; // toggle the state of the ledPin
digitalWrite (ledPin, ledState); //automatically update the status of LED pin
serial.println(“Knock”); // sends back the Knock string to the computer
}
delay(100); // declared to avoid any kind of overloading of the serial port buffer
}

 Fungsi Sensor Piezoelektrik

 Saat ini, peningkatan tambahan objek piezo buatan manusia — yang terdiri dari keramik piezoelektrik — penerapan piezoelektrik dalam peralatan elektronik meningkat dengan kecepatan yang menarik.

 Beberapa aplikasinya seperti di bawah ini.

•  Sensor piezoelektrik dalam aplikasi industri sebagai sensor ketukan mesin

•  Aktuator piezoelektrik dalam aplikasi industri sebagai injektor bahan bakar diesel

•  Sensor piezoelektrik dalam aplikasi medis sebagai pencitraan ultrasound

•  Aktuator piezoelektrik dalam elektronik konsumen sebagai printer piezoelektrik

•  Penggunaan musik

•  Penggunaan pertahanan dan banyak lagi

 Jadi, ada banyak sekali  yang menggunakan perangkat sensor piezoelektrik sejak fase perkembangannya.  Berikut adalah pertanyaan untuk Anda, apa manfaat dari sensor piezoelektrik?

Baca Juga