Detectar vibraciones utilizando un elemento piezoeléctrico

Una forma bastante simple, económica pero efectiva de detectar vibraciones es mediante el uso de un elemento piezoeléctrico. El elemento piezoeléctrico es un componente eléctrico que se encuentra en muchos productos comerciales para detectar impactos, vibraciones, presiones y también para producir sonido.

El efecto piezoeléctrico (como se le conoce) fue descubierto en 1880 por los físicos franceses Jacques y Pierre Curie. Por definición, el efecto piezoeléctrico es la carga eléctrica acumulada en ciertos materiales sólidos en respuesta a la tensión mecánica aplicada. Eso es lo que piezo significa en griego, acentuar, apretar o presionar. Cuando se presionan los materiales del elemento piezoeléctrico, generan una carga proporcional a la tensión mecánica aplicada. ¡Y este cargo es muy útil para nosotros, los constructores de Arduino!

Entonces, el elemento piezoeléctrico tiene 2 características y usos distintivos. Podemos usarlo como fuente de entrada y detectar fluctuaciones en el voltaje cuando se aplica presión al elemento; o podemos aplicar un voltaje con cierta frecuencia para producir ondas sonoras (como el zumbador en su UPS y reloj de pulsera).

¿Cómo funciona?

Cabe señalar que el elemento piezoeléctrico funciona solo cuando la presión o el voltaje aplicado cambia a una frecuencia particular. Esto significa que si conecta el piezoeléctrico a una fuente lineal de 1.5v, como una batería, no producirá ningún sonido. Del mismo modo, si está detectando una presión en el piezoeléctrico, solo detectará el cambio de presión. Conclusión «Cuando la presión/voltaje son constantes, el elemento piezoeléctrico no reaccionará».

Entonces, ¿cómo lo usamos de manera efectiva? Como ejemplo, construiremos un sensor de vibración simple que, en teoría, puede detectar vibraciones muy pequeñas, incluso pequeños temblores sísmicos. La configuración es muy simple.

Configuración

Coge un Arduino y un elemento piezoeléctrico. Conecte el cable negro del elemento piezoeléctrico a Tierra y el cable rojo al pin analógico 1. Ahora coloque el elemento piezoeléctrico sobre una mesa y un objeto pesado encima. Un objeto de 500 g que descansa sobre el elemento piezoeléctrico sería un buen comienzo. Eso es todo, ahora cómo capturamos los datos.

Adquisición y Presentación de Datos

El código proporcionado enviará lecturas desde el pin analógico entre 0 y 1023 a la salida en serie. Para simplificar las cosas, podemos mostrar los datos en un gráfico utilizando la funcionalidad de trazado en el IDE de Arduino. Vaya a Herramientas > Trazador en serie.

Debería ver una línea recta en el valor 0. Ahora intente tocar la mesa… Debería ver ondas de vibración en el plóter en serie. Cuanto más golpeas, más grandes son las olas.

¿Por qué añadimos un peso? El elemento piezoeléctrico funciona cuando se le aplica un cambio de presión. Sin el peso, las vibraciones provenientes de la mesa no inducirán cambios de presión en el elemento piezoeléctrico. Sin embargo, al agregar un peso, el peso vibra a la misma frecuencia (más o menos) que la mesa, en la parte superior del elemento piezoeléctrico, lo que induce cambios de presión sustanciales que pueden detectarse fácilmente.

Puedes experimentar con más o menos peso y mirar el gráfico y ver qué tan diferente se comporta.

El código

int inputPin = A1;      void setup() {    // put your setup code here, to run once:    pinMode(inputPin,INPUT);        Serial.begin(9600);  }    void loop() {    // put your main code here, to run repeatedly:    Serial.println(analogRead(inputPin));    }