¿Cómo detectar impactos muy duros con piezo?

Normalmente soy un tipo de software, pero recientemente decidí probar suerte en algunos proyectos de electrónica. Lo que quiero hacer es hacer mi propio sensor de impacto para tiro al blanco. Lo que estoy imaginando es una pieza de acero AR-500 para el objetivo y un sensor que puede detectar cuándo la ronda golpea el objetivo. Empecé usando un Arduino Uno, un piezoeléctrico y una resistencia de 1 MOhm, como en el tutorial de arduino.

Mi principal problema es disminuir la sensibilidad del piezo, para no obtener falsos positivos. Por ejemplo, si la ronda golpea frente al plato y lo salpica, no quiero que lo recoja. O si pasa la ronda, tampoco quiero que el estampido sónico la dispare. Actualmente lo tengo configurado para que un ligero toque en la carcasa del sensor piezoeléctrico no lo active, pero un toque más fuerte lo hará (con un umbral de 100 de mi arduino adc).

Mi pregunta es, ¿el piezoeléctrico generará un voltaje máximo con un golpe fuerte de mi dedo, o enviará un voltaje realmente alto si tuviera que golpear el acero con fuerza con un martillo (para simular una ronda de rifle). Si el voltaje seguirá aumentando a medida que aumentan los impactos (¿hay un límite?), entonces supongo que es tan simple como reducir el voltaje que sale del piezoeléctrico. Si el voltaje alcanza su salida máxima prematuramente, ¿mi única opción es aislar la vibración con monturas de goma, almohadillas o algo así para que se necesite un buen golpe para activarlo?

¿Con qué frecuencia desea utilizar el piezoeléctrico? ¿Mas de una vez?
Sí, sería necesario para detectar golpes repetidos.
Puede epoxi una tapa de disco de cerámica y cargarla con 10k ~ 100k y detectar el pulso con un Sh. diodo y casquillo. luego decae a cero. O use un micrófono electret amortiguado (pegado con cinta adhesiva) y haga lo mismo. Eso es lo que usé como disparador de bombo para un secuenciador de luces de banda de rock alrededor del '75 y luego usé un par de CA de potenciómetro a un inversor CMOS autopolarizado de 1M para el amplificador.
@Tony Stewart ¡Gracias por su respuesta! Es posible que deba simplificarlo un poco para mí, ya que todavía soy bastante nuevo en esto. Quiero decir que sé los nombres de las partes a las que te refieres, pero no estoy seguro de cómo conectarlo. ¿Quiere usar estas piezas en lugar de un piezoeléctrico, o con un piezoeléctrico?
¿Qué tal usar un acelerómetro de 24 bits?
@campbell.rw Aunque este no es un sitio de diseño gratuito, muchos usuarios no entienden o se sienten con derecho a sus votos de -1. sin tratar de entender haciendo una mejor pregunta. Agregué todo lo que necesita para que cualquier persona con alguna habilidad en electrónica pueda construir.
@TonyStewart.EEsince'75 Gracias nuevamente por su aporte. Ciertamente no estoy buscando folletos gratis. Como mencioné en mi pregunta, supongo que tengo curiosidad sobre cómo se comporta el piezoeléctrico en este punto. No estaba seguro de si todo lo que se necesita es un toque firme con el dedo para que el piezo genere el voltaje máximo, o si, de hecho, seguirá generando un voltaje cada vez más alto a medida que aumentan las vibraciones. Obviamente, si alcanza el máximo con una vibración que es significativamente menos intensa que el impacto de una bala, no puedo diferenciar entre un golpe fuerte y un golpe no tan fuerte.
Una resistencia pull-up más pequeña atenúa la señal, pruebe con 1k

Respuestas (3)

Sí, la salida de un sensor piezoeléctrico debería seguir aumentando a medida que el objetivo es golpeado con más fuerza. Debería haber una diferencia sustancial entre tocar el objetivo con los dedos y golpearlo con un martillo o una bala. Uno de los problemas con los sensores piezoeléctricos es evitar que fríen la etapa de entrada si accidentalmente se golpean con fuerza.

Por supuesto, lo más obvio es simplemente intentarlo. Configure algo que se active si una señal supera un par de voltios más o menos. Luego, alimente la señal piezoeléctrica a través de un potenciómetro para que pueda ajustar la atenuación, luego en el comparador. Después de un poco de experimentación, debería poder encontrar una configuración que detecte golpes fuertes pero no golpes casuales.

Se puede utilizar cualquier sensor piezoeléctrico, incluido un micrófono Electret. un sensor piezoeléctrico (o incluso un condensador cerámico con amplificador de señal). Todos son de alta resistencia con alguna capacitancia con sensibilidades variables, la salida es una corriente proporcional a la vibración del sonido y el voltaje es proporcional a la resistencia. Por lo tanto, la ganancia depende del valor R de arranque de carga. Sugiero que 1K es lo suficientemente pequeño como para atenuar la señal. Luego agregue cinta sobre el orificio.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La señal está acoplada a CA y se eleva a Vcc para "detección de picos negativos de media onda" y pulsa hacia abajo con una ráfaga envolvente de ruido. El voltaje del límite cae con este pulso de corriente cuando el diodo conduce, cayendo de Vcc a un voltaje por debajo de Vcc/2, que es suficiente para llevar la siguiente etapa a una salida lógica "1". La resistencia de 10M pullup R3, lentamente "rearma" el circuito en Vcc.

Esto produce un voltaje +ve en el impulso de ruido con una duración de C2 * R3 o 100 ms en este caso. Esto puede extenderse a 5 segundos aumentando C a 1uF. (con una tapa de buena calidad> resistencia a fugas de 20 M)

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La atenuación de disparos o cualquier ruido se silencia fácilmente con cinta para variar también la sensibilidad sobre el sensor y la proximidad del sensor al objetivo.

El OP dijo bastante específicamente que no quieren que su sensor se active por el sonido del disparo, solo por el impacto de una bala en el objetivo. Y en cualquier caso, no has explicado nada sobre cómo funciona este circuito, ni cómo se podría ajustar.
La detección de señal se obtiene fácilmente mediante el montaje de proximidad en o cerca de la placa. El ajuste es obvio. Se desconocen los requisitos de salida.
OK @duskwuff, agregué una descripción del circuito para ti.
Querido Dusk Nada de lo que dije indicaba lo que decías. Supuso que el disparo sería lo suficientemente fuerte como para activar el sensor trasero. que se pueden elegir fácilmente por ubicación. silenciamiento con cinta para captar únicamente las vibraciones de la placa.
Potencialmente podría haber mucho ruido que no me gustaría que interfiriera con otros sensores. Por ejemplo, cualquier ronda de rifle supersónico tendrá un estampido sónico que pasará. Además, el sonido de otras rondas que golpean objetivos adyacentes también podría ser bastante fuerte. En última instancia, todo lo que necesito que Arduino haga es decidir si hubo un golpe o no, o si no hubo ningún golpe. Idealmente, el sensor estaría montado en el objetivo, ya que también existe la posibilidad de tener objetivos en movimiento.
Simplemente use una carga de potenciómetro de 1k o menos y atenúe al nivel adecuado y silencie el sensor del sonido acústico, de modo que capte principalmente el timbre de la placa. Es así de simple . Mi diseño en fondo negro muestra lo fácil que es hacer funcionar cualquier sensor piezoeléctrico, activo o pasivo.
Sin protección en la entrada. Esto probablemente freirá la etapa de entrada si el piezoeléctrico recibe un golpe fuerte, como con un martillo o un proyectil.
@jonnor No estoy de acuerdo. como todos los CMOS, tienen diodos de protección de 2 etapas con un límite de corriente de 10k para protección ESD de kV y agregué una serie R adicional que proporciona ganancia y podría elevarse a una sensibilidad reducida a 100k. El CMOS de la serie 4000 tiene un alto RdsOn y, por lo tanto, puede usarse como un amplificador lineal, a diferencia de la familia HC que debo corregir, que se vuelve inestable con un RdsOn más bajo y un GBW más alto.
Además, he usado este circuito hace 45 años dentro del bombo de una banda para secuenciar luces de inundación que tiene un gran impacto, pero nunca hizo estallar el amplificador lineal de compuerta de la serie 4000. En última instancia, tuve que colocar una cinta sobre el micrófono para atenuar otros sonidos de batería para que el secuenciador de bombo funcionara a la perfección.
¿Y esto fue con una entrada piezoeléctrica? ¡Bueno saber!
El micrófono Cermet es una entrada piezoeléctrica con FET incorporado
Pero esta placa probablemente amplificará el estampido sónico y no se necesita amplificación, por lo tanto, solo una tapa de cerámica con aislamiento de silicona en la placa para detectar el gong para este problema y si el estampido activó la lógica, entonces use un filtro de paso de banda en la frecuencia de resonancia de la placa.

Se puede colocar una resistencia con el valor correcto a la salida del piezoeléctrico, para encontrar el valor correcto podría soldar un potenciómetro (en el rango de ohmios correcto del piezoeléctrico) y hacer algunas pruebas hasta que el arduino detecte la señal. Luego mide el potenciómetro con su ohmio/voltímetro y lo reemplaza con la resistencia correcta. La otra solución sencilla es aislar el piezoeléctrico del sonido externo, para eso puedes usar un cilindro de pasta fijadora y/o alguna capa de madera de corcho, creo que será la mejor porque el impacto de una bala hace un golpe muy fuerte. ruido, creo que puede dañar su piezzo. También es posible que pueda reemplazar el piezoeléctrico por otro dispositivo menos sensible, como un pequeño altavoz para auriculares (en el rango correcto de ohmios).

¿Cómo detectar impactos muy duros con piezo?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v