Descrição

O Transdutor Piezoelétrico, também conhecido como Disco ou Pastilha Piezoelétrica, trata-se de um tipo de sensor capaz de detectar toques e vibrações, utilizando as informações da sua tensão de saída. A detecção dos toques por meio do Transdutor Piezoelétrico dá-se por meio das vibrações que são geradas pelo dedo durante o toque, podendo ser utilizado em variadas aplicações: captação e emissão de som e de vibração.

Simbologia

Símbolos de um transdutor piezoelétrico:

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Características de um transdutor piezoelétrico (disco)

Um disco (pastilha) piezoéltrico é formado geralmente por um disco de latão, pastilha de cerâmica e eletrodo de prata.

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Comercialmente as pastilhas mais comuns possuem diâmetro entre 15 e 27mm.

Funcionamento de um transdutor piezoelétrico

A palavra piezo é de origem grega e significa pressionar, torcer. Piezos são elementos que utilizam o efeito piezoelétrico.

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Efeito Piezoelétrico: Piezoeletricidade é a capacidade de alguns cristais gerarem tensão elétrica por resposta a uma pressão mecânica.

Fig 2 - Efeito piezoelétrico - Fonte Wikipedia
Efeito piezoelétrico – Fonte Wikipedia

Sendo assim, alguns materiais possuem a capacidade de gerar tensão elétrica quando são submetidos a uma força externa. Uma das aplicações dele é como sensores de batida, como em baterias elétricas. Outro lugar comum de encontrá-los, é em isqueiros, que transformam o movimento do ignitor em faísca. Para saber mais sobre materiais piezoelétricos leia: Como funcionam os materiais piroelétricos e piezoelétricos (ART632)

O mais interessante é que o contrario também é verdade. Quando inserimos um diferencial de tensão  no cristal, o cristal transforma energia elétrica em energia mecânica. Dessa forma, o piezo se mexe.

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Através desse efeito, podemos alimentar o transdutor com um tensão variável, com o intuito de obter sons.

O Som

O som é a propagação de uma vibração acústica em um meio material elástico, tal como o ar e a água, que seja perceptível pelo aparelho auditivo humano. Essa vibração gera o movimento das partículas desses materiais que, com isso, transmitem o som.

Como seres humanos, temos como um de nossos principais sensores o sistema auditivo. Além de nos permitir escutar, ele também está intimamente ligado ao equilíbrio do nosso corpo. Em resumo, o ouvido recebe o som e transforma em impulsos nervosos que serão enviados para nosso cérebro, que terá o trabalho de interpretar a informação.

O nosso aparelho auditivo é capaz de ouvir vibrações  com frequência mínima de 20Hz, enquanto a frequência máxima chega a 20.000Hz. Sons cuja frequência seja maior que 20kHz são denominados ultrassons, enquanto que aqueles abaixo de 20Hz são chamados de infrassons.

Fig 4 – Escala de frequências do som – Fonte Wikipedia

Sabendo que o som é a propagação de uma vibração entre 20Hz e 20kHz, podemos usar a propriedade do transdutor piezoelétrico de se mexer ao aplicarmos uma tensão elétrica e gerar som. Para isso, podemos colocar uma onda de tensão na faixa de frequência audível , assim o transdutor vibrará na mesma frequência, emitindo som.

Ligação de um disco piezoelétrico no arduino como sensor de toque

Para utilizar o Transdutor Piezoelétrico como um sensor de toque e vibrações em conjunto com o Arduino pode ser necessário aplicar um resistor acima de 800KΩ (recomendável 1Mega Ohm ) em paralelo com o disco, e conectá-lo junto a porta analógica do microcontrolador. A utilização do resistor serve para ajustar o circuito para que possamos ter uma tensão mensurável no Arduino.

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Esquema de ligação com um resistor de 1MΩ:

Veja no exemplo abaixo a montagem de um sensor piezoelétrico:

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Soldagem dos fios em um disco piezoelétrico

É necessário que você solde os fios, um na extremidade metálica (negativo - GND) e outro na parte branca central (positivo 5V). Dica: ao soldar na parte branca utilize o ferro de solda rapidamente ou deixe ele com no máximo 200ºC.

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