Wie erkennt man sehr harte Stöße mit Piezo?

Normalerweise bin ich ein Software-Typ, aber ich habe mich kürzlich entschlossen, mich an einigen Elektronikprojekten zu versuchen. Was ich tun möchte, ist, meinen eigenen Aufprallsensor für das Zielschießen zu bauen. Was ich mir vorstelle, ist ein Stück AR-500-Stahl für das Ziel und ein Sensor, der erkennen kann, wann die Runde das Ziel trifft. Ich habe mit einem Arduino Uno, einem Piezo und einem 1-MOhm-Widerstand begonnen, wie im Arduino-Tutorial.

Mein Hauptproblem besteht darin, die Empfindlichkeit des Piezos zu verringern, damit ich keine Fehlalarme erhalte. Wenn zum Beispiel die Patrone vor dem Teller auftrifft und Schmutz darauf spritzt, möchte ich nicht, dass er das aufnimmt. Oder wenn die Runde vorbeigeht, will ich auch nicht, dass der Überschallknall sie auslöst. Derzeit habe ich es so eingestellt, dass ein leichtes Antippen des Piezosensorgehäuses es nicht auslöst, aber ein härteres Antippen (mit einem Schwellenwert von 100 von meinem Arduino-Adc).

Meine Frage ist, gibt der Piezo mit einem harten Antippen meines Fingers die maximale Spannung aus oder sendet er eine wirklich hohe Spannung aus, wenn ich mit einem Hammer hart auf den Stahl schlagen würde (um eine Gewehrrunde zu simulieren). Wenn die Spannung mit zunehmenden Stößen weiter ansteigt (gibt es eine Grenze?), dann ist es meiner Meinung nach so einfach wie das Reduzieren der aus dem Piezo kommenden Spannung. Wenn die Spannung vorzeitig ihre maximale Leistung erreicht, ist meine einzige Möglichkeit, die Vibration mit Gummilagern oder Polsterungen oder so zu isolieren, damit es einen guten Schlag braucht, um sie auszulösen?

Wie oft möchten Sie den Piezo verwenden? Mehr als einmal?
Ja, es wäre erforderlich, um wiederholte Treffer zu erkennen.
Sie können eine Keramikscheibenkappe epoxidieren und mit 10k ~ 100k laden und den Puls mit einem Sh erkennen. Diode und Kappe. dann auf null abfallen. Oder verwenden Sie ein gedämpftes (mit Klebeband versehenes) Elektretmikrofon und machen Sie dasselbe. Das habe ich als Kick-Drum-Trigger für einen Rockband-Lichtsequenzer um 1975 verwendet und dann ein Pot-AC-Paar an einen 1M-CMOS-Wechselrichter mit eigener Vorspannung für den Verstärker verwendet.
@Tony Stewart Danke für deine Antwort! Vielleicht müssen Sie es für mich ein wenig vereinfachen, da ich noch ziemlich neu darin bin. Ich meine, ich kenne die Namen der Teile, auf die Sie sich beziehen, bin mir aber nicht sicher, wie ich sie anschließen würde. Wollen Sie diese Teile anstelle eines Piezos oder mit einem Piezo verwenden?
Wie wäre es mit einem 24-Bit-Beschleunigungsmesser?
@campbell.rw Obwohl dies keine kostenlose Design-Site ist, verstehen viele Benutzer ihre -1-Stimmen entweder nicht oder fühlen sich berechtigt. ohne zu versuchen zu verstehen, indem Sie eine bessere Frage stellen. Ich habe so viel hinzugefügt, wie Sie brauchen, damit jeder mit Elektronikkenntnissen bauen kann.
@TonyStewart.EEsince'75 Nochmals vielen Dank für Ihren Beitrag. Ich bin sicherlich nicht auf der Suche nach kostenlosen Handzetteln. Wie ich in meiner Frage erwähnt habe, bin ich hauptsächlich neugierig, wie sich der Piezo an dieser Stelle verhält, denke ich. Ich war mir nicht sicher, ob es nur einen festen Fingertipp braucht, um den Piezo dazu zu bringen, die maximale Spannung zu erzeugen, oder ob er tatsächlich immer höhere Spannungen ausgibt, wenn die Vibrationen zunehmen. Wenn es bei einer Vibration maximal ist, die deutlich weniger intensiv ist als ein Aufprall einer Kugel, kann ich natürlich nicht zwischen einem harten Schlag und einem nicht so harten Schlag unterscheiden.
Ein kleinerer Pull-up-Widerstand dämpft das Signal, versuchen Sie es mit 1k

Antworten (3)

Ja, die Ausgabe eines piezoelektrischen Sensors sollte weiter zunehmen, wenn das Ziel härter getroffen wird. Es sollte einen wesentlichen Unterschied geben, ob Sie mit den Fingern auf das Ziel tippen oder mit einem Hammer oder einer Kugel darauf schlagen. Ein Problem mit Piezosensoren besteht darin, sie daran zu hindern, die Eingangsstufe zu braten, wenn sie versehentlich hart geschlagen werden.

Natürlich ist es naheliegend, es einfach auszuprobieren. Richten Sie etwas ein, das auslöst, wenn ein Signal ein paar Volt oder so überschreitet. Führen Sie dann das Piezosignal durch ein Poti, damit Sie die Dämpfung einstellen können, dann in den Komparator. Nach einigem Experimentieren sollten Sie in der Lage sein, eine Einstellung zu finden, die harte Schläge, aber keine zufälligen Stöße erkennt.

Jeder piezoelektrische Sensor kann verwendet werden, einschließlich eines Elektret-Mikrofons. ein Piezosensor (oder sogar ein Keramikkondensator mit Signalverstärker). Alle sind hochohmig mit einer gewissen Kapazität mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten, der Ausgang ist ein Strom, der proportional zur Schallschwingung ist, und die Spannung ist proportional zum Widerstand. Somit hängt die Verstärkung vom Last-Pullup-R-Wert ab. Ich schlage vor, dass 1K klein genug ist, um das Signal zu dämpfen. Fügen Sie dann Klebeband über der Öffnung hinzu.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Signal ist wechselstromgekoppelt und auf Vcc hochgezogen, um Impulse zur "Erkennung negativer Halbwellenspitzen" mit einem Hüllkurven-Rauschimpuls nach unten zu bringen. Die Kappenspannung fällt mit diesem Stromimpuls, wenn die Diode leitet, und fällt von Vcc auf eine Spannung unter Vcc/2, die ausreicht, um die nächste Stufe auf eine logische "1" zu treiben. Der 10-M-Widerstands-Pullup R3 "rüstet" die Schaltung langsam wieder auf Vcc.

Dies erzeugt eine +ve-Spannung auf dem Rauschimpuls mit einer Dauer von C2 * R3 oder in diesem Fall 100 ms. Dies kann auf 5 Sekunden verlängert werden, indem C auf 1 uF erhöht wird. (mit einer Kappe von guter Qualität> 20M Ableitwiderstand)

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Dämpfung von Schüssen oder Geräuschen lässt sich leicht mit Klebeband dämpfen, um auch die Empfindlichkeit über den Sensor und die Nähe des Sensors zum Ziel zu variieren.

Das OP sagte ziemlich genau, dass sie nicht wollen, dass ihr Sensor durch das Geräusch des abgefeuerten Schusses ausgelöst wird, sondern nur durch den Aufprall einer Kugel auf das Ziel. Und auf jeden Fall haben Sie nichts darüber erklärt, wie diese Schaltung funktioniert oder wie sie eingestellt werden könnte.
Die Signaldetektion wird leicht durch Montage in der Nähe auf oder nahe hinter der Platte erreicht. Anpassung ist offensichtlich. Ausgangsanforderungen sind unbekannt.
OK @duskwuff Ich habe eine Schaltungsbeschreibung für dich hinzugefügt.
Liebe Dusk Nichts von dem, was ich gesagt habe, hat darauf hingewiesen, was Sie behauptet haben. Sie gingen davon aus, dass der Schuss laut genug sein würde, um den Rückensensor auszulösen. die leicht nach Standort ausgewählt werden können. Stummschaltung mit Klebeband, um nur die Vibrationen der Platte aufzunehmen.
Es könnte möglicherweise viel Rauschen geben, das ich nicht mit anderen Sensoren stören möchte. Zum Beispiel haben alle Überschallgewehrgeschosse einen Überschallknall, der durchgeht. Auch das Geräusch anderer Geschosse, die benachbarte Ziele treffen, könnte ebenfalls ziemlich laut sein. Letztendlich muss der Arduino nur entscheiden, ob es einen Treffer gab oder nicht, oder es gab keinen Treffer. Idealerweise wird der Sensor auf dem Ziel montiert, da auch bewegliche Ziele möglich sind.
Verwenden Sie einfach eine Topflast von 1k oder weniger und dämpfen Sie auf den richtigen Pegel und dämpfen Sie den Sensor von akustischen Geräuschen, sodass er hauptsächlich Plattenklingeln aufnimmt. So einfach ist das. Mein Design auf schwarzem Hintergrund zeigt, wie einfach es ist, mit jedem Piezosensor, aktiv oder passiv, zu arbeiten.
Kein Schutz am Eingang. Dies wird wahrscheinlich die Eingangsstufe braten, wenn der Piezo hart getroffen wird, wie mit einem Hammer oder Projektil.
@jonnor Ich bin anderer Meinung. wie alle CMOS haben 2-stufige Schutzdioden mit 10k Strombegrenzung für kV ESD-Schutz und ich habe eine zusätzliche R-Serie hinzugefügt, die eine Verstärkung bietet und auf eine reduzierte Empfindlichkeit auf 100k angehoben werden kann. Der CMOS der Serie 4000 hat einen hohen RdsOn und kann daher als linearer Verstärker verwendet werden, im Gegensatz zur HC-Familie, die ich korrigieren sollte, die bei niedrigerem RdsOn und höherem GBW instabil wird.
Darüber hinaus habe ich diese Schaltung vor 45 Jahren in der Kickdrum einer Band verwendet, um Flutlichter zu sequenzieren, die einen Schlag packen, aber nie den Gate-Linearverstärker der Serie 4000 durchgebrannt sind. Letztendlich musste ich das Mikrofon überkleben, um andere Drum-Sounds zu dämpfen, damit der Bass-Drum-Sequenzer wie am Schnürchen funktioniert.
Und das war mit einem Piezo-Eingang? Gut zu wissen!
Cermet-Mikrofon ist ein Piezo-Eingang mit eingebautem FET
Aber diese Platte wird wahrscheinlich den Überschallknall verstärken und es ist keine Verstärkung erforderlich, also nur eine Keramikkappe mit Silikonisolierung auf der Platte, um den Gong für dieses Problem zu erkennen, und wenn der Boom die Logik ausgelöst hat, verwenden Sie einen Bandpassfilter bei der Plattenresonanzfrequenz

Möglicherweise wird ein Widerstand mit dem richtigen Wert am Ausgang des Piezos angebracht. Um den richtigen Wert zu finden, können Sie ein Potentiometer (im richtigen Ohmbereich des Piezos) anlöten und einige Tests durchführen, bis das Arduino das Signal erkennt. Dann messen Sie das Potentiometer mit Ihrem Ohm / Voltmeter und ersetzen es durch den richtigen Widerstand. Die andere einfache Lösung besteht darin, das Piezo von Außengeräuschen zu isolieren. Dazu können Sie einen Zylinder mit Befestigungspaste und / oder eine Schicht Korkholz verwenden. Ich denke, dass dies die beste Lösung ist, da der Aufprall einer Kugel einen wirklich stark macht Lärm, ich denke, es kann Ihr Piezzo beschädigen. Eventuell können Sie den Piezzo auch durch ein anderes weniger empfindliches Gerät wie einen kleinen Kopfhörerlautsprecher (im richtigen Ohmbereich) ersetzen.

Wie erkennt man sehr harte Stöße mit Piezo?
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