Wie kann die Empfindlichkeit einer Piezo-Baugruppe verbessert werden?

1. Auf den ersten Blick würde ich sagen$1k\Omega$Widerstand wird in Kombination mit dem verwendet$560k\Omega$Widerstand als Spannungsteiler. Dies mag so klingen, als würde es die Empfindlichkeit verringern, aber der Spannungsausgangspegel eines Piezos hängt stark vom Frequenzspektrum eines Stoßes und der Lastimpedanz ab. Der Innenwiderstand eines Piezoelements war meiner Erfahrung nach auch relativ hoch, sodass für eine perfekte Anpassung auch der Lastwiderstand hoch sein müsste. Aus diesem Grund ist es durchaus möglich, dass der Spannungsteiler eine größere Spannung an den positiven Eingang des Operationsverstärkers liefert.

2. Der Piezo erzeugt zwar einen negativen Impuls, wird aber durch die Diode kurzgeschlossen. Je nachdem, an welcher Stelle Sie Ihr Signal messen, ist es möglich, dass Sie zwei positive Impulse messen.

3. Wenn Sie die entfernen$1k\Omega$Widerstand könnte man sagen, dass dies der Fall ist. Aber wie ich in Antwort 1 erwähnt habe, würde ich sagen, dass diese beiden Widerstände als Spannungsteiler gedacht waren. Und noch einmal: Die Ausgangsspannung des Piezoelements ist stark vom Lastwiderstand abhängig. Bei ungeeigneten Widerständen kann die Ausgangsspannung beliebig klein werden. Ich würde Ihnen vorschlagen, mehrere Messungen durchzuführen, bei denen Sie abschätzen können, welche Widerstandskombination am besten ist.

4. Mit dieser Schaltung kann die Empfindlichkeit hauptsächlich durch zwei Faktoren verbessert werden:

   1. Abgleich der direkt angeschlossenen Lastwiderstände (now$560k\Omega$Und$1k\Omega$) für eine optimale Quelle/Last-Anpassung.
   2. Einstellen des nicht invertierenden Verstärkers durch Einstellen des$68k\Omega$und das$1.2k\Omega$Widerstand mit: $$U_{out} = \Big(1+ \frac{R_2}{R_1}\Big)U_{in}$$ Wo: $$U_{in} = \frac{560k\Omega}{1k\Omega + 560k\Omega} \cdot U_{piezo}$$ , $$R_1 = 1.2k\Omega$$ Und $$R_2 = 68k\Omega$$

Außerdem würde ich sagen, dass der Schmitt-Trigger nicht wirklich notwendig ist, es sei denn, die LED muss bei einem bestimmten Pegel gezielt eingeschaltet werden. Wenn die Aufgabe nur darin besteht, die LED mit einem Piezoelement einzuschalten, bräuchten Sie den Verstärker, den Schmitt-Trigger usw. nicht, Sie könnten nur einen einfachen passiven Halbwellen- oder Vollwellengleichrichter implementieren und die LED an seinen Ausgang anschließen. Bei diesem Aufbau wird auch keine externe Stromversorgung benötigt, da das Piezoelement die LED direkt versorgt.

Ich hoffe das hilft.

Zunächst wäre es schön, wenn Sie eine Teilenummer für den Piezo hätten.

Als nächstes würde ich versuchen, ein Modell des Piezos zu machen. (Also suchen Sie ... vielleicht eine druckempfindliche Spannungsquelle mit einem Kondensator in Reihe?) Jetzt Ihre Fragen. (Meine Antworten sind meine beste Vermutung und sollten mit Ihrer Schaltung verglichen werden.)

1.) Wenn wir uns den Piezo als Spannungsquelle vorstellen, zieht der Operationsverstärker (idealerweise) keinen Strom und die vom Operationsverstärker gesehene Spannung ist ein 1k/560k-Spannungsteiler ... der 1 kOhm macht keinen wirklichen Unterschied.

2.) Nun, ich bin mir da nicht ganz sicher. Der 560-kΩ-Widerstand entlädt langsam die Piezokappe. Beim Ablassen des Drucks „lädt sich die Kappe dann wieder auf“. Ich würde mir wirklich gerne die Wellenformen auf einem Oszilloskop ansehen.

3.) Ich würde den 560-kOhm-Widerstand nicht als Pulldown bezeichnen. Es stellt einen Gleichstrompfad für den Vorspannungsstrom des Operationsverstärkers bereit. (Ich kenne den lm358 nicht ... sieht aus wie ein BJT-Eingang ... ~ 20 nA Vorspannungsstrom.) Betreiben Sie den Operationsverstärker als Einzelversorgung? Aufgrund des Bais-Stroms wird eine Ausgangsspannung vorhanden sein. 20nA*0,5Meg*Gain(60)... Ich bekomme ungefähr 600mV, aber Sie sollten meine Mathematik überprüfen.)

4.) Nun, das erste, was ich versuchen würde, ist ein FET-Eingangs-Operationsverstärker. Ich mag den opa134, aber es ist keine Einzelversorgung.