Amplificador com Piezo

[makito013]

Boa noite,

estou numa missão, tentando criar um amplificador para ser utilizado com um piezo, que servirá como detector de vibrações, estou utilizando um lm358, fiz um circuito amplificador com realimentação e ficou legal, porém, gostaria de deixar o sinal de saida seja em forma de senoide, para que eu possa fazer regulagem de sensor através de um PIC, podendo assim fazer regulagem remota e filtrar certos tipos de vibrações para poder acionar um alarme ou não. Alguém sabe alguma forma que eu possa colocar no final do meu circuito, para transformar o sinal em uma senoide?

[xformer]

Você mesmo já respondeu o que você precisa: filtros.
Mas depende muito da natureza das vibrações que vai monitorar. Se elas forem aleatórias e com diversas componentes de frequência, pode acontecer de o filtro matar o sinal principal, se ele estiver configurado para deixar passar outra faixa de frequências.  Mas se a vibração for periódica e com componentes espectrais conhecidas, basta usar filtros passa-faixas.  Filtros ativos são feitos com amplificadores operacionais, resistores e capacitores.  Tem vasta literatura disponível.

[makito013]

 Mas é para transformar a saída numa senoide? A filtragem eu pretendo fazerdireto no microcontrolador.

[Matec]

makito013

Suas informações são pouco claras, até mesmo confusas. Se não houver uma descrição detalhada do que você pretende, não vai ser possível ajudar.

[Antonio de Campos Junior]

Makito013,

Seu sistema vai gerar um determinado tipo de sinal.  Se vai ser senoidal ou não, depende de onde está encostando seu "sensor". Se você utilizar material Piezo, seu sensor será semelhante aos Acelerômetros utilizados para medir vibração que temos por aí.  Neste caso, é uma pastilha de material Piezo com duas massas sísmicas, as quais vão gerar no piezo um sinal proporcional de aceleração, de acordo com a vibração do corpo à qual estará conectado. Junto com este, temos um amplificador do sinal, para leitura nos equipamentos.  Isto é apenas o que fará a aquisição do sinal.  Após isto é que vem o tratamento do sinal, se quiser transformar aceleração (g´s) em velocidade (mm/s) ou deslocamento (microns).  Aí vai precisar desenvolver um software para tal.
Abraços.

[xformer]

Um sinal senoidal é um sinal puro de apenas uma frequência. Sinais de formas de ondas diferentes possuem vários sinais de frequências diferentes somados. Se o sinal for periódico diferente de um sinal senoidal, por exemplo quadrado ou triangular, ele possui um sinal senoidal base (o de frequência fundamental) e vários sinais com frequências harmônicas (múltiplas da fundamental). Se você quiser só o sinal da fundamental pura, precisa passar o sinal composto pelos filtros, que vão atenuar as frequências indesejadas e deixar passar só o sinal fundamental, que vai ser senoidal.  Isso se faz com filtros analógicos (que não são de fácil controle por um microcontrolador qualquer).

Agora se você não sabe a natureza do seu sinal, se ele for aleatório ou não periódico, então você provavelmente não vai saber qual a frequência a ser filtrada ou que deve ser monitorada.  Dessa forma, eu partiria para um DSP (processador digital de sinais), que vai amostrar o sinal, digitalizá-lo e depois realizar algoritmos (FFT) pra descobrir as componentes espectrais do sinal monitorado. Sabendo as amplitudes das componentes, você consegue determinar o que fazer com seu alarme. Obviamente que isso é bem complexo e demanda bastante estudo.  Acho difícil realizar essa filtragem digital com um PIC comum (talvez um DSPic), pois ele não tem poder nem instruções adequadas pra realizar FFT ou qualquer processamento digital de sinais em tempo real.

[Antonio de Campos Junior]

Dessa forma, eu partiria para um DSP (processador digital de sinais), que vai amostrar o sinal, digitalizá-lo e depois realizar algoritmos (FFT) pra descobrir as componentes espectrais do sinal monitorado.

Trabalho com análise de vibrações já há algum tempo e tenho uma boa experiência com este tema.
O que foi dito acima pelo Xformer é exatamente o que os equipamentos modernos para análise de vibração fazem.
O que posso adiantar para o Makito013 é que se quiser desenvolver um sistema destes terá que aprofundar bastante no tema de Processamento Digital de Sinais, dentre outros.  Além de desejar boa sorte na empreitada.
Abraços.

[xformer]

Talvez Antonio, nem seja o caso de precisar de processamento digital de sinais. Talvez a aplicação dele seja apenas um detetor de sismos (terremotos) ou deslocamento de terra (queda de encosta por chuva) ou barragens (ex. Mariana) e assim tocar o alarme pra avisar a população.  Aí talvez apenas um detetor de limiar seja suficiente.
Se for alarme de carro, pra anti-furto, detetar vibração é mais complicado que outro métodos mais simples e eficazes.

[Patines]

Eu penso o mesmo que o MATEC.  Pouca explicação do problema enfrentado, daí todo mundo aqui fica imaginando hipotéticos problemas, já que não está muito claro.

Eu conheço este tipo de coisa e já projetei alguns condicionadores de sinais com filtros lock-in:
veja lá se te serve:
https://en.wikipedia.org/wiki/Lock-in_amplifier

Abraços

[makito013]

Perdão pelas poucas informações, segue o circuito para poder ajudar a explicar:




Agora explicando melhor, se eu colocar a ponta do osciloscópio após o 1N4148 e bater próximo ao piezo eu terei um sinal parecido com este:

 

agora se eu colocar após passar pela segunda porta do LM358 na saída do circuito, eu tenho um sinal assim:



Agora o que eu estou tentando fazer é que o segundo sinal (o da sapida do circuito) seja igual ao primeiro (após o 1m4148), pois na saída do circuito tenho uma tensão maior.

consegui explicar agora?  

[Matec]

As imagens não estão aparecendo.

[makito013]

As imagens não estão aparecendo.

Já resolvi, agora vão aparecer! 

[Matec]

Mudei meu navegador, e agora consegui ver as imagens.

Se você quer que o sinal seja parecido com o primeiro,  o seu circuito está errado. O que você precisa é de um simples buffer após o capacitor C2.





Só que aí tem outros problemas no circuito.

Quando o sinal passa pelo diodo e é integrado pelo capacitor C2,  não há como esse sinal ser descarregado. O capacitor C2 teria que ter um resistor de descarga.

C2 tem um valor absurdamente alto para a saída do primeiro circuito integrado. Integrados se tornam instáveis com cargas capacitivas ligadas diretamente em sua saída. O diodo não fará diferença para as saídas positivas e a amostragem estará distorcida.
O LM358 tem uma impedância de entrada relativamente baixa e talvez não seja a melhor alternativa para um circuito como esse. Mesmo um TL072 tem características muito melhores.

Abs

[Patines]

O LM358 tem uma impedância de entrada relativamente baixa e talvez não seja a melhor alternativa para um circuito como esse. Mesmo um TL072 tem características muito melhores.

Na verdade o LM358 serviria, mas em outra configuração, tipo não inversor.  Acontece que esta configuração que o makito013 escolheu, causa uma impedância de entrada muito baixa no circuito amplificador, matando o sinal do piezo, certamente prejudicando as medidas.

E a coisa da senoide na saída que o makito013 falava, não sei exatamente ao que se referia.  makito013, por favor tente ser mais claro nas tuas explicações.  O que tu está medindo e o que tu espera na saída?

Na entrada deve sentir uma vibração.  Mas que faixa de frequência de vibrações tu está tentando medir?  Ligado à que está este sensor?

Que senóide é essa que tu fala que quer na saída? Como o PIC  faria "regulagem remota", e para que serviria a tal regulagem?

makito013, uma comunicação reticente não te servirá para obter a ajuda que tu precisa.

Abraços

[Ledod]

 Qualquer elemento piezoelétrico possui uma impedância bastante alta de saída e uma carga incorreta que você colocar depois dele irá atenuar o sinal.

 Cápsulas piezoelétricas (aquelas de microfones de computador) possuem internamente um buffer com J-FET justamente para baixar a impedância de saída (como um amplificador de corrente).

 A impedância de entrada do seu circuito com LM358 é baixa (K ohms) perto da impedância de um elemento piezoelétrico (M ohms) ou seja irá atenuar o sinal e provavelmente não está amplificando corretamente todas as frequências.

 Alguns circuitos, tirei da internet apenas para exemplificar, repare no valor das resistências dos amp-ops:




 Eu concordo com todos, seria interessante ter o detalhe da sua aplicação.

 Qual a faixa de frequência que estamos amplificando? Um amplificador de áudio é bem diferente de um amplificador que irá amplificar um sinal de frequências abaixo de 1Hz.

 O circuito com o diodo retificador possui um capacitor de 1000uF mesmo? O último estágio é um circuito diferenciador então dependendo do sinal de entrada você verá apenas alguns sinais espúrios (ou ruídos mesmo) presentes nos niveis DC do estágio anterior...

 Sinceramente ainda não entendi... rs

 De qualquer forma, tente estudar qual a faixa de frequências que você está querendo amplificar e qual tipo de manipulação você deseja, se é para detectar um limiar ou uma envoltória, etc...

 Um abraço!

 Eduardo

 
----- Basicamente a mesma resposta do Patines!!