原创 【雕爷学编程】Arduino动手做(105)---压电陶瓷振动模块

2022-7-1 10:48 2058 5 5 分类: MCU/ 嵌入式 文集: 雕爷学编程

37款传感器与执行器的提法,在网络上广泛流传,其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块,依照实践出真知(一定要动手做)的理念,以学习和交流为目的,这里准备逐一动手尝试系列实验,不管成功(程序走通)与否,都会记录下来---小小的进步或是搞不掂的问题,希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验(资料代码+仿真编程+图形编程)实验一百零五:模拟量 压电陶瓷振动发电传感器 压电单片机模块 3PIN


压电陶瓷
是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是: 构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒。由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体,因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性,就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后,将其置于强直流电场下进行极化处理,以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。经过极化处理后的压电陶瓷,在电场取消之后,会保留一定的宏观剩余极化强度,从而使陶瓷具有了一定的压电性质。

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外, 还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下,引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作,具有敏感的特性,压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等,除了用于高科技领域,它更多的是在日常生活中为人们服务,为人们创造更美好的生活而努力。



压电效应
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

主要用途

1、声音转换器声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩具上的蜂鸣器就是电流通过压电陶瓷的逆压电效应产生振动,而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线路的控制,可产生不同频率的振动,从而发出各种不同的声音。例如电子音乐贺卡,就是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。
2、压电引爆器 自从第一次世界大战中英军发明了坦克,并首次在法国索姆河的战斗中使用而重创了德军后,坦克在多次战斗中大显身手。然而到了20世纪六七十年代,由于反坦克武器的发明,坦克失去了昔日的辉煌。反坦克炮发射出的穿甲弹接触坦克,就会马上爆炸,把坦克炸得粉碎。这是因为弹头上装有压电陶瓷,它能把相碰时的强大机械力转变为瞬间高电压,爆发火花而引爆炸药。
3、压电打火机 煤气灶上用的一种新式电子打火机,就是利用压电陶瓷制成的。只要用手指压一下打火按钮,打火机上的压电陶瓷就能产生高电压,形成电火花而点燃煤气,可以长久使用。所以压电打火机不仅使用方便,安全可靠,而且寿命长,例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机可使用100万次以上。 [2]
4、防核护目镜 核试验员带上用透明压电陶瓷做成的护目镜后,当核爆炸产生的光辐射达到危险程度时,护目镜里的压电陶瓷就把它转变成瞬时高压电,在1/1000 s里,能把光强度减弱到只有1/10000,当危险光消失后,又能恢复到原来的状态。这种护目镜结构简单,只有几十克重,安装在防核护目头盔上携带十分方便。
5、超声波换能器 适用于用于超声波焊接设备以及超声波清洗设备,主要采用大功率发射型压电陶瓷制作,超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置,超声波换能器作为能量转换器件,它的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去,而它自身消耗很少的一部分功率。
6、声纳 在海战中,最难对付的是潜艇,它能长期在海下潜航,神不知鬼不觉地偷袭港口、舰艇,使敌方大伤脑筋。如何寻找敌潜艇?靠眼睛不行,用雷达也不行,因为电磁波在海水里会急剧衰减,不能有效地传递信号,探测潜艇靠的是声纳------水下耳朵。压电陶瓷就是制造声纳的材料,它发出超声波,遇到潜艇便反射回来,被接收后经过处理,就可测出敌潜艇的方位、距离等。

压电陶瓷振动模块

基于压电陶瓷片的模拟震动传感器,是利用压电陶瓷给电信号产生震动的反变换过程,当压电陶瓷片震动时就会产生电信号,与Arduino专用传感器扩展板结合使用,Arduino模拟口能感知微弱的震动电信号,可实现与震动有相关的互动作品,比如电子鼓互动作品。

主要参数

1.模型:109

2.名称:陶瓷压电振动片传感器

3.工作电压:3.3V或5V

4.工作电流:<1mA

5.工作温度范围:-10~+ 70℃

6.接口类型:模拟信号输出

7.尺寸:30mm x 23mm

8.重量大小:5g

9.引脚定义:S信号输出、+电源(VCC)、-地(GND)

10.输入:压电陶瓷的正电极

11.GND:压电陶瓷的负电极

S端口接到控制器的模拟输入脚。5V 和GND分别接到电源的+5V和GND。Input和Gnd连接好压电陶瓷片的正负极。


实验接线示意图

  1. /*
  2. 【Arduino】168种传感器模块系列实验(资料代码+仿真编程+图形编程)
  3. 实验一百零五:模拟量 压电陶瓷振动发电传感器 压电单片机模块 3PIN
  4. 1、项目:不对压电陶瓷片施加压力时,输出的模拟量为0;
  5. 当对压电陶瓷片施加压力,输出模拟量会发送变化,而且随着压力增大而增大。
  6. 2、接脚:
  7. + → 5V
  8. - → GND
  9. S 接 A0
  10. */
  11. void setup(){
  12. Serial.begin(9600);
  13. pinMode(A0,INPUT);
  14. }
  15. void loop(){
  16. int val;
  17. val=analogRead(0);
  18. Serial.println(val,DEC);
  19. delay(500);
  20. }


实验串口返回情况

打开Arduino IDE——工具——串口绘图器,查看实验波形

实验串口绘图器返回情况

  1. /*
  2. 【Arduino】168种传感器模块系列实验(资料代码+仿真编程+图形编程)
  3. 实验一百零五:模拟量 压电陶瓷振动发电传感器 压电单片机模块 3PIN
  4. 1、项目:检测振动
  5. 用手接触传感器使之振动。观察串口数据;观察arduino主板,
  6. “L”LED灯在传感器振动(X>50)时会亮。
  7. 2、接脚:
  8. + → 5V
  9. - → GND
  10. S 接 A0
  11. */
  12. #define sensorPin A0
  13. #define ledPin 13
  14. void setup() {
  15. Serial.begin(115200);
  16. pinMode(ledPin,OUTPUT);
  17. }
  18. void loop() {
  19. int x=analogRead(sensorPin);
  20. Serial.println(x);
  21. if(x>50)digitalWrite(13,HIGH);
  22. else digitalWrite(13,LOW);
  23. delay(500);
  24. }

实验串口返回情况

实验开源图形编程(Mind+、编玩边学)

实验串口返回情况

作者: 雕爷学编程, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3894459.html

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文章评论2条评论)

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yzw92 2022-7-2 09:37

谢谢楼主分享

我的果果超可爱 2022-7-2 08:41

压电陶瓷用处多多,
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