Негенерируемое напряжение на цифровом мультиметре и случайные выбросы на осциллографе

Я работаю с пьезоэлектрическим материалом, известным как PZT-P-43 MY PZT (пожалуйста, посмотрите на красный контур).

До сих пор я пытался найти энергию, которая подается на мой конденсатор емкостью 100 мкФ, но я столкнулся с несколькими беспрецедентными проблемами. Моя схема, которую я построил,

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Я использую конденсатор 100 мкФ с буфером напряжения, питаемым +10 В и -10 В по шинам. Теперь мои проблемы:

1) На осциллографе я могу наблюдать случайные всплески в диапазоне от 15 мВ до 50 мВ без каких-либо отводов на пьезоматериале. Форма волны этих всплесков показана ниже:

введите описание изображения здесь

2) Очень интересно, что мой цифровой мультиметр показывает максимальное напряжение 340 мВ (медленно заряжается до этого значения) без КАКИХ-ЛИБО ПОСТУПКОВ по пьезоматериалу, при 340 мВ, если я начинаю постукивать, оно увеличивается очень медленно, но разряжается обратно до 340 мВ. Таким образом, при 340 мВ он не заряжается и не разряжается автоматически.

Примечание: 1) Я обнаружил, что если я просто прикоснусь (голыми руками) к моему пьезоматериалу при напряжении 340 мВ, он разрядится, а как только я уберу прикосновение, он перезарядится до 340 мВ. Означает ли это, что ток течет обратно к пьезоэлементу через мостовой выпрямитель? и да, мой мостовой выпрямитель работает абсолютно нормально.

2) Существует постоянное количество мВ (3-5 мВ) без касания пьезоматериала.

3) Действительно ищем ПРАВИЛЬНЫЙ способ рассчитать Энергию, хранящуюся внутри конденсатора, и Сколько энергии производится одним касанием.

Ваша ссылка не работает, и я гарантирую, что ваша схема неверна.
Схема почти правильная. Мостовой выпрямитель выключен, пьезо идет на точки переменного тока, + и - идет на конденсатор. C1 слишком велик (просто моя догадка), я бы удалил C1 для первоначальных измерений. Если вы не можете гарантировать непрерывное механическое срабатывание, невозможно зарядить C1 только одним жестким постукиванием по пьезоэлементу. Со стороны гильзы C1 не должен превышать 1-10 мкФ.
Схема фактически не измеряет энергию. Это дало бы что-то подобное, если бы на C1 был нагрузочный резистор, и вы измеряете, сколько времени требуется, чтобы разрядить C1.
@GeeBee Если я уменьшу c1, исчезнут ли эти шипы? и да, эта схема не предназначалась для измерения энергии, но я смотрел, как все выглядит, прежде чем начать снимать показания. и я обнаружил эти проблемы, поэтому я не мог продолжить тестирование.
@GeeBee - я имел в виду тот факт, что источник питания операционного усилителя плавает. Тот факт, что операционный усилитель не идентифицирован, также является большим тревожным сигналом.
@WhatRoughBeast, на самом деле плавание - это только одна проблема, оно также случайно заземлено на выходе. Дох, я должен был заметить это! Операционный усилитель — это просто повторитель, частота не слишком велика, поэтому фактический тип может быть не слишком важен. С другой стороны, с помощью пьезоэлемента легко убить операционный усилитель — пьезоэлемент может легко подать на вход операционного усилителя напряжение, превышающее 20 В.
@GeeBee - «пьезоэлемент может легко управлять входом операционного усилителя при напряжении более 20 В». ммм. 100 мкФ при 20 вольтах составляет 0,02 джоуля. Это ужасно много энергии в данных обстоятельствах. Это подразумевает силы в меганьютонах, а для переходных процессов в миллисекундах - токи в диапазоне ампер.
Нет, я имею в виду без конденсатора. Без конденсатора может быть больно. (Я предложил ниже в ответе снять конденсатор для первоначальных измерений, поэтому важно не убить ОУ).

Ответы (1)

Я пытаюсь написать ответ, так как за комментариями очень трудно следить.

  • Починить выпрямитель. Он неправильно подключен, + и - это то, что вы измеряете, точки переменного тока идут к пьезоэлементу.
  • Убедитесь, что у вас чертовски хороший выпрямитель. Стандартные готовые выпрямители не будут хорошо работать - помните, что диод имеет прямое падение напряжения 0,7 В, что означает 700 мВ! И у вас есть ДВА диода для передачи энергии, поэтому вы теряете 1,4 В на выпрямителе.
  • Сначала полностью исключите C1. C1 слишком большой, если вы хотите измерить небольшие пики пьезоэлемента, C1 просто съест их. Сопротивление пьезоэлемента и C1 создает фильтр нижних частот на очень низкой частоте среза, поэтому вкратце: с C1 вы, вероятно, ничего не увидите, если только вы не можете непрерывно запускать пьезоэлемент механически.

Учитывая все это, то, что вы можете увидеть на осциллографе, представляет собой полный беспорядок, скорее всего, из-за тестовых проводов, окружающей среды или источника питания. (Рекомендуется использовать простую батарею, иначе блок питания может вызвать более сильные всплески, чем то, что вы ищете.)

Итак, что вы должны сделать, это:

  • забудь на время эту схему
  • подключите пьезо прямо к прицелу
  • запустить пьезоэлемент, выясните, как вы можете включить пьезоэлемент, чтобы он производил пик около 4 В или, по крайней мере, 2 В. Если вы не можете активировать его для этого, вы не сможете пройти дальше. Измените механическую компоновку или механический спусковой крючок.
  • как только у вас есть хотя бы 2 В, вы можете подключить выпрямитель. Помните, что стандартные диоды имеют падение напряжения 0,7В, поэтому после выпрямителя у вас будет 2В-1,4В = 0,6В. Не очень много.
  • подключить С1. Бьюсь об заклад, он полностью поглотит весь сигнал, поэтому вы хотите изменить C1 на 10 мкФ или 1 мкФ - выберите его настолько мало, чтобы вы все еще могли видеть сигнал на осциллографе, но настолько большой, чтобы сигнал не шел зигзагообразно вверх- вниз слишком много, а имеет простой уклон.
  • Теперь у вас есть работающее пьезоустройство для сбора урожая, круто! Для измерения мощности вам нужно что-то: либо нагрузка, в которой вы измеряете ток (см. мой другой пост по другому вашему вопросу), либо нагрузка, которая будет потреблять энергию, запасенную в C1, после того, как механическое срабатывание закончится. Как долго можно подавать энергию C1 в нагрузку, зависит от того, сколько энергии C1 накопил, что зависит от того, сколько энергии вы произвели. Таким образом, вы увидите экспоненциальный наклон разряда конденсатора и измерите время от верхней точки до 10% нижней.
  • сколько энергии это действительно означает? Я бы сказал, что вы можете погуглить. В противном случае это совершенно не важно, см. мой комментарий к другому вашему вопросу. Важно то, сколько энергии вы можете получить от пьезоэлектрического решения для сбора всей энергии. Измерение самого пьезоэлемента — это лишь малая часть всей правды.