Básico de un piezoeléctrico cargado: pC/G, mV/G, análisis de señal

Esta es la primera vez que uso un sensor piezoeléctrico de alta impedancia y los problemas se solucionaron bastante rápido.

Aquí está el piezo que usé:

  • Número de pieza del fabricante : PKGS-00GXP1-R
  • Clasificación : 0.35pC/G (+/- 15%)
  • El rango es de 0 a 50 G.

Leí que siempre necesitamos amplificar la señal piezoeléctrica cuando es un piezoeléctrico cargado.

Entonces, estoy tratando de hacer un amplificador para esto, pero no puedo hacer ninguna correlación entre la G y el voltaje que obtengo de esto.

¡También podría decir que ni siquiera sé cómo leer la salida de la señal piezoeléctrica!

Aquí está el esquema del amplificador:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Aquí hay una vista de alcance de un pequeño choque.

  • Ch1 amarillo: ADC (señal de salida amplificada)

  • Ch2 azul: puerta BS170 (señal de salida piezoeléctrica)

ingrese la descripción de la imagen aquí

  1. ¿Cómo leer una señal piezoeléctrica como la señal en el alcance? ¿Debo leer solo el primer borde de la señal como en la imagen a continuación?
  2. ¿Qué es pC/G?
  3. ¿Cómo hacer una conversión de pC/G a V?
  4. ¿Mi amplificador es correcto? ¿Alguna otra sugerencia de bajo costo?

ingrese la descripción de la imagen aquí imagen tomada del fabricante del piezo (murata)

Conferencias sobre el sensor de alta impedancia:

Precisión:

  1. Cuando digo bajo costo, quiero decir, cuanto más bajo, mejor. Si puedo hacerlo por menos de 2 $ (piezo no incluido), sería increíble.
  2. El sensor está cerca de la MCU. Quiero registrar cualquier choque realizado en el dispositivo. Entonces, físicamente, el piezo está a 5 mm de la entrada amp-op y la salida amp-op está directamente vinculada a la entrada ADC de la MCU (probablemente agregará algo de protección). Todo está en el mismo PCB.
allaboutcircuits.com/uploads/articles/techart_designCA_1.JPG también si el cable se mueve y cambia Q=CV crea ruido
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Lo estaba leyendo en el mismo momento en que me enviaste esto. No tengo ningún cable entre el piezoamplificador y el amplificador a la entrada ADC de mi CPU. Así que pensé que usar un amplificador de voltaje sería suficiente como dice "allaboutcircuits.com" al final del párrafo "La cuestión de la amplificación".
Esta hoja de datos de MuRata dice que la sensibilidad es 0.35 pag C / gramo .
Respondí a partir de la información que proporcionó, pero necesita decirnos qué ancho de banda necesita, qué precisión necesita, qué significa "bajo costo" para usted, y tal vez darnos un resumen de lo que realmente está tratando de hacer con esto. cosa.
@TimWescott tienes razón! Tomé el valor de los datos proporcionados por el producto digikey: digikey.ca/product-detail/en/murata-electronics/PKGS-00GXP1-R/… Actualizo la pregunta

Respuestas (1)

¿Cómo leer una señal piezoeléctrica como la señal en el alcance? ¿Debo leer solo el primer borde de la señal como en la imagen a continuación?

Eso depende de su aplicación. Lo leo como un amplificador que se satura por primera vez 80 m s más o menos, porque el voltaje de la puerta es ondulado pero la salida FET está asentada en el suelo.

¿Qué es pC/G?

picoculombios por gramo, con 1 gramo = 9.81 metro / s 2 . 0.84 pag C / gramo significa que para un cambio repentino de 1 g en la aceleración, salen (o entran) 0,84 picoculombios del dispositivo piezoeléctrico. Por lo general, tendrá la cosa cargada con un poco de resistencia que devolverá su voltaje a cero (o lo que sea que lo haya sesgado).

¿Cómo hacer una conversión de pC/G a V?

Si el piezoeléctrico tiene una capacitancia bien definida (consulte la hoja de datos), entonces, dentro de su ancho de banda, el piezoeléctrico generará un voltaje de k / C pag , dónde k = 0.84 pag C / gramo y C pag es la capacitancia del piezoeléctrico. En ese caso, podría seguirlo con un amplificador de voltaje simple y antiguo de la ganancia y el ancho de banda apropiados.

La hoja de datos que encontré enumera una capacitancia de salida de 390 pag F ± 30 % . Ese es un rango bastante grande. Agregue eso a la variación de sensibilidad de ± 15 % y si depende de la capacitancia de salida para la precisión, entonces su variación general está en algún lugar ± 50 % . Eso significa que realiza mediciones inexactas o calibra cada sensor.

Si desea aumentar la precisión, debe fabricar un amplificador con una impedancia de entrada baja en el rango de frecuencias que le interesan y asegurarse de que sea estable. No hay suficiente información en su pregunta para saber si eso es necesario o deseable.

¿Mi amplificador es correcto? ¿Alguna otra sugerencia de bajo costo?

Eso depende de lo que quieras de él. No estoy seguro de que, con un suministro de 5 V, incluso pueda contar con que funcione para cada transistor que coloque allí, o en cualquier tipo de rango de temperatura. Estaría mucho más inclinado a usar un amplificador operacional económico en modo no inversor, pero su "bajo costo" puede ser más bajo que el mío.

Muchas gracias @TimWescott, probaré el amplificador operacional en modo no inversor. Una vez que esté todo conectado intentaré hacer la correlación entre el pC/G con el voltaje en la salida. También verificaré la precisión con la especificación. Actualicé mi pregunta con cierta precisión. Voy a dar una retroalimentación de mis resultados en la próxima semana.
Su respuesta en "¿Cómo hacer una conversión de pC/G a V?" es perfecto ¡Gracias de nuevo!
Preste atención a la corriente de polarización de entrada del amplificador operacional: probablemente querrá usar un amplificador operacional de entrada CMOS o JFET, y querrá polarizar la entrada con algunas resistencias de alto valor (cuán alto dependerá de qué tan baja en frecuencia necesita ir).
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