Датчик усилия своими руками

Резистивный датчик давления FSR402

В процессе разработки электронных устройств часто возникают задачи, когда нужно контролировать силу, приложенную к точке или плоскости. Одним из датчиков, решающих эту задачу является резистивный датчик давления — FSR402 в данном случае (ссылка на AliExpress и Gearbest). Читая дальше, попытаемся разобраться для каких задач этот датчик подойдет, а для каких его не стоит использовать.

Параметры датчика FSR402:

• Размеры датчика: длина 56 мм, окружность диаметром 18 мм, толщина 0,2 — 1,25 мм
• Выходной сигнал: аналоговый
• Диапазон чувствительности прикладываемой силы: 0,1 — 100 Н (0,01 — 10 кг)
• Сопротивление датчика без приложенной силы: более 10 МОм
• Повторяемость показаний: ± 2 — 6 %
• Гистерезис: +10 %
• Количество нажатий на датчик (время жизни датчика): более 10 млн раз
• Диапазон рабочих температур: -30 — +70 градусов Цельсия

Как устроен резистивный датчик давления?

Датчик состоит из слоев пленочных элементов: полупроводниковый резистивный слой, проводящий слой с взаимосвязанными электродами, слой, создающий зазор между резистивным слоем и слоем электродов, диэлектрические слои.

Таким образом, прикладывая некоторую силу к поверхности этого датчика резистивный слой, в зависимости от приложенной силы, начинает вступать в контакт с электродами противоположного слоя, преодолевая слой зазора, создавая больший контакт при большей прикладываемой силе. Это происходит из-за увеличения силы и площади контакта. При этом когда сила не действует на датчик, его сопротивление очень велико (противоположные слои не взаимодействуют), для начала получения сигнала с датчика необходимо приложить небольшую силу, чтобы резистивный и проводящий слой вступили в контакт (Break force — первая зона чувствительности резистивного датчика силы). Далее, наращивая прикладываемую силу на датчик можно выделить вторую зону чувствительности — Area Effect: в этой зоне при наращивании усилия контакт между двумя слоями также нарастает, что приводит к уменьшению сопротивления датчика. И третья зона чувствительности датчика Surface Effect: зона чувствительности, при в которой приложенная сила предельно велика для датчика (зона насыщения) и увеличение приложенной силы лишь незначительно повлияет на выходной сигнал.

Выходной сигнал датчика нелинейный особенной в начале и в конце графика. Так более менее можно использовать лишь среднюю часть характеристики. И, таким образом, в совокупности с разбросом показаний датчика точно измерить приложенную силу нельзя. Датчик не годится для точного измерения массы (весы). Но в устройствах, где точность измерения до грамм не нужна, этот датчик хорошо подойдет для измерения приблизительно приложенной силы. Это тактильные датчики для роботов и протезов (круглые датчики как будто уже повторяют очертания пальца), датчики присутствия пассажиров на сиденье автомобиля, различные кнопочные устройства и так далее.

Как получить данные с датчика?

Есть несколько способов получить сигнал с резистивного датчика давления. Для этого нужно использовать делитель напряжения. Выходное напряжение зависит от соотношения сопротивления резисторов.

Используя закон Ома, можно вычислить выходное напряжение, это напряжение, которое падает на резисторе R2. Чем больше это сопротивление, тем большее напряжение падает на нем.

Резистивный датчик можно ставить как на место R2, так и на место R1. Это будет обуславливать зависимость прямую или обратную. Если резистивным датчиком является R2, то отсутствие сигнала на нем даст выходное напряжение равное Vcc, т.к. его сопротивление без приложенной на него силы очень велико и на нем падает практически все напряжение питания. При наличие давления на датчик напряжение начнет уменьшаться, т.к. сопротивление резистивного датчика будет уменьшаться и падение напряжения на нем будет меньше. И наоборот, если резистивный датчик будет R1, то при отсутствии давления на датчик выходное напряжение будет близко к Gnd, т.к. при очень большом сопротивлении R1 на R2 почти не падает напряжение. А при уменьшении сопротивления R1 будет увеличиваться падение напряжения на R2 и соответственно выходное напряжение.

Используя такую схему, можно подключить точку V_out к цифровому выводу микроконтроллера. При достижении уровня напряжения логического нуля или единицы будет формироваться выходной сигнал от датчика «0» или «1». Аналогичного эффекта можно добиться, используя компаратор. Другой способ, более правильный, предусматривает подключение не к цифровому выводу, а к выводу АЦП, который выдаст пропорционально уровню напряжения число в цифровом виде.

Пример применения резистивного датчика давления

Интересным и простым, на мой взгляд, примером применения резистивного датчика является «коврик-звонок». Смысл такой схемы заключается в том, что один или несколько таких датчиков фиксируются под ковриком возле входной двери, и когда кто-то на него становится срабатывает дверной звонок. По-другому обыграв эту схему ее можно использовать и для охраны — если кто-то стал на коврик, чтобы открыть дверь, срабатывает не звонок, а звук лая собаки, например. Если использовать всего один датчик, то коврик должен быть достаточно жестким, чтобы уловить давление ноги на него. В зависимости от силы нажатия на датчик (по показаниям АЦП) могут проигрываться несколько разных звуков.

Для простого и быстрого изготовления схемы нужно использовать всего несколько модулей и деталей:

За основу взята плата arduino nano, резистивный датчик FSR402, резистор сопротивлением 10 кОм для делителя напряжения резистивного датчика и модуль DFPlayer mini с динамиком и microSD картой памяти. Подавать питание на схему лучше не через USB разъем, а через контакт VIN arduino (при питании через USB arduino могут быть сильные помехи по звуку). Чтобы MP3 модуль DFPlayer знал какие файлы воспроизводить, необходимо создать папку в корне microSD флешки под названием «mp3», в эту папку записать звуки и мелодии с названиями «0001», «0002» и так далее, если их используется несколько. Для программирования кода для MP3 модуля необходимо также скачать и установить библиотеку DFRobotDFPlayerMini в Arduino IDE.

Для удобного использования датчик целесообразно вывести на проводах в нужное место, а всю остальную схему расположить где-то в помещении.

В итоге получаем тонкий, удобный в использовании и достаточно надежный датчик, который не отличается точностью. Это обуславливает его сферу применения — детектировать наличие приложенной силы к поверхности датчика и ее ориентировочное значение.

Источник

diamag-osc.com

Форум пользователей USB осциллографа DIAMAG

• Список форумов‹ОБОРУДОВАНИЕ‹Инструмент для ремонта
• Изменить размер шрифта
• Версия для печати

• FAQ
• Регистрация
• Вход

Самодельные датчики

Re: Самодельные датчики

Андрей21 » 24 май 2018, 20:47

Re: Самодельные датчики

Андрей21 » 24 май 2018, 20:53

Завернул его в цилиндр и попытался снять осциллограммы — ничего абсолютно НЕ ВЫШЛО! Уголь очень чуткая штука, не зря он в микрофонах применяется, и он принимает на себя не только усилие с мембраны, но, значительно лучше он реагирует на все металлические вибрации с движка! У меня прямо руки опустились. читай после этого форумы.

Затем я попытался изолировать ДД «Гнат» от двигателя 10 см. проставкой резинового шланга. Вот осциллограмма. Она снята без усилителя. Видна работа давления, но так же видна и тряска металла.

Re: Самодельные датчики

Allkor » 24 май 2018, 21:21

Re: Самодельные датчики

Allkor » 24 май 2018, 21:34

Re: Самодельные датчики

Allkor » 24 май 2018, 21:51

Re: Самодельные датчики

Андрей21 » 24 май 2018, 22:26

Re: Самодельные датчики

Allkor » 24 май 2018, 22:49

Re: Самодельные датчики

Юрий » 25 май 2018, 02:52

Re: Самодельные датчики

Дмитрий1970 » 22 июн 2018, 01:36

Re: Самодельные датчики

SVP » 24 июн 2018, 04:02

Источник

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Самодельный датчик изгиба (тензорезистор)

Самодельный датчик изгиба (тензорезистор)

В 2009 году автор принимал участие в проекте по разработке специальных сенсорных перчаток для оцифровки жестов оператора сурдоперевода. Для проекта понадобились датчики изгиба (тензорезисторы) в количестве 10 штук, цена которых значительно превосходило финансовые возможности автора на тот момент.

Перерыв Интернеты тематические сайты, автор обнаружил несколько инструкций по самостоятельному изготовлению так необходимых ему датчиков. В то же время, автор столкнулся с некоторыми проблемами, в основном касательно доступа к компонентам конструкции. Во всех найденных инструкциях предусматривалось использования неопрена, либо, на худой конец, токопроводящей нити или токопроводящей материи. Стоимость доставки делала заказ перечисленных выше материалов неоправданно дорогим, и существенно превышала их стоимость.

Однако, автор решил поэкспериментировать с рядом материалов, в том числе копиркой и материалом, из которого изготавливаются антистатические упаковочные пакеты для электроники.

Наконец, по прошествии двух недель, позитивные результаты были достигнуты, а созданные тогда датчики продолжают работать и по сегодняшний день.

По мнению автора, если ваш рабочий бюджет ограничен как у него, либо вы ограничены в получении необходимых материалов и элементов конструкции, эта инструкция по изготовлению самодельных датчиков изгиба как раз для вас.

Примечание переводчика: Вот тут полностью согласен. В РФ ОДИН! датчик стоит от 600 до 800 рублей, в то время как в украинских магазинах от 130 до 180 гривен (порядка 20 $).

Материалы и инструменты:

Необходимые материалы и инструменты

Материалы:

• Антистатические пакеты 10х15 Сантиметров
• Кабельная стяжка (лучше всего длиной 20-25 Сантиметров)
• Изолента (широкая, шириной 2,4 Сантиметра и узкая 1,1 Сантиметр шириной)
• Соединительные провода с гнездами (проволочные перемычки) длиной около 20 Сантиметров

Инструменты:

• Карандаш (обычный грифельный, механический не рекомендуется, поскольку может повредить рабочую поверхность )
• Скальпель
• Инструмент для очистки изоляции проводов

Подготовка

По мнению автора, подготовительная часть занимает больше всего времени, поэтому ниже приводим несколько советов для сокращения этого этапа.

Подготовка антистатических пакетов:

Соль нашего датчика — антистатический пакет

Пакеты с известными размерами (в нашем случае – 10х15 Сантиметров) весьма удобны для изготовления равных кусков с точными размерами (длина и ширина пакета нам уже известна). Примите во внимание, что вам необходимо удалить (отрезать скальпелем) обе кромки пакета по длинным (15 сантиметровым) сторонам, в то же время оставив нижнюю кромку. В последующем, это поможет вырезать ДВА одинаковых куска пакета, разрезая обе его стороны одним движением.

Совет! Для вырезания равных по площади отрезков антистатического пакета автор настоятельно рекомендует использовать распечатанный и наклеенный на картон шаблон необходимого размера. Действия: вырезать два куска пленки размером 0,8х15 Сантиметров и один кусок размером 1,7х15 сантиметров.

Важно! Если вы:

• Растянули/помяли материал
• Повредили его иными предметами
• Пролили на него растворяющие жидкости
• Повредили его карандашом
• Повредили его иным способом

начинайте всё с начала.

Подготовка проволочных перемычек

Проводники

Не знаю как кто, но автор считает их просто превосходными. В нашем проекте вам предстоит разделить их на две равные части по 10 сантиметров. После этого, отмерьте 5 сантиметров каждого проводника от отрезанного края и зачистьте изоляцию. Из очищенной части провода сформируйте петлю и легким скручивание зафиксируйте ее возле начала изолированной части провода. У вас чудесная петля. Теперь повторите для всех кусков провода. Внимание! Ни в коем случае не спаивайте провода! Впоследствии это может привести к нелинейному искажению резистивности вашего датчика. Отставьте проводники в «природном» виде.

Подготовка изоленты

• Отрежьте 2 отрезка узкой (1,1 сантиметр) изоленты длинной 17 Сантиметров.
• Отрежьте 1 отрезок широкой (2,4 сантиметра) изоленты длиной 19 Сантиметров.

Сборка конструкции). Медленно на верно

Сборка датчика

Возьмите полоску узкой (1,1 Сантиметр) изоленты, и поместите ее на стол липкой частью вверх. Точно по середине изоленты разместите полоску (размер 0,8х15 сантиметров), вырезанную из антистатического пакета. Удостоверьтесь, что вокруг полоски антистатического материала остались бортики липкой части изоленты. Тщательно разгладьте полоску из пакета на изоленте.

Важно! Все надписи на антистатической полосе должны быть обращены к липкой части изоленты! Полоса из пакета должна смотреть внутренней частью вверх!

Теперь, поместите провод петлей на полосу из антистатического материала таким образом, чтобы изолированная часть провода примерно на 0.5 Сантиметра заходила на нее. Повторите описанные выше операции с другой полосой изоленты. После этого, сложите вдвое вдоль больший кусок пленки размером 1,7х15 Сантиметров.

Важно! Все надписи на полосе должны быть обращены внутрь сгиба!

Поместите сложенную вдвое полосу антистатического материала между двумя полосками узкой изоленты и аккуратно склейте получившийся «сэндвич». Следите за тем, чтобы ни одна деталь не выступала за края антистатической подложки и не выступала на клейкую часть изоленты.

Нам нужно усиление!

Усиление датчика

Наш датчик готов и вполне может использоваться в ваших проектах. В то же время, он еще слишком хрупок и практически лишен возможности возвращаться в состояние покоя. Именно для усиления датчика нам понадобятся широкая изолента и кабельные стяжки. Кроме того, стяжки будут играть роль пружины для возвращения датчику его первоначальной формы, то есть, в состояние покоя ну или логического нуля.

• Поместите широкую изоленту на стол клейкой стороной вверх.
• На изоленту вдоль ее оси поместите кабельную стяжку и обрежьте ее выступающие части.
• Вдоль оси изоленты поверх кабельной стяжки поместите датчик.
• Заверните свободные стороны широкой полосы изоленты вокруг датчика.
• Тщательно разгладьте изоленты для лучшего контакта склеиваемых деталей.
• Поверх щели между завернутыми краями широкой изоленты наклейте полоску узкой (1,1 Сантиметр изоленты).
• На датчик со стороны кабелей наденьте кусок термоусадочной трубки и прогрейте его поцелуем зажигалкой.

Все готово! Развлекайтесь!

Тот самый делитель

Для подключения вашего датчика к микроконтроллеру вам необходимо собрать схему простого делителя напряжения. Номиналы деталей делителя приведены на его принципиальной схеме.

Помните! У микроконтроллеров семейства Arduino выходное напряжение составляет 5 Вольт, так что автор предлагает вам собрать схему, которая расположена справа.

О том, где могут описанные в статье датчики, мы поговорим в следующий раз.

Источник