Razvrstitev senzorjev in njihov namen

2024 Avtor: Aaron Duncan | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 03:58

Senzorji so zapletene naprave, ki se pogosto uporabljajo za zaznavanje in odzivanje na električne ali optične signale. Naprava pretvori fizični parameter (temperatura, krvni tlak, vlažnost, hitrost) v signal, ki ga lahko izmeri naprava.

Razvrstitev senzorjev v tem primeru je lahko drugačna. Obstaja več osnovnih parametrov za distribucijo merilnih naprav, o katerih bomo še govorili. V bistvu je ta ločitev posledica delovanja različnih sil.

To je enostavno razložiti z merjenjem temperature kot primerom. Živo srebro v steklenem termometru širi in stisne tekočino, da pretvori izmerjeno temperaturo, ki jo lahko opazovalec odčita iz kalibrirane steklene cevi.

Izbirna merila

Pri razvrščanju senzorja je treba upoštevati nekatere značilnosti. Navedeni so spodaj:

1. Natančnost.
2. Okoljski pogoji - običajno imajo senzorji omejitve glede temperature, vlažnosti.
3. Obseg - omejitevmeritve senzorja.
4. Umerjanje - potrebno za večino merilnih instrumentov, saj se odčitki sčasoma spreminjajo.
5. Cena.
6. Ponovljivost - spremenljivi odčitki se merijo večkrat v istem okolju.

Distribucija po kategorijah

Razvrstitve senzorjev so razdeljene v naslednje kategorije:

1. Primarni vnos števila parametrov.
2. Načela transdukcije (z uporabo fizikalnih in kemičnih učinkov).
3. Material in tehnologija.
4. Destinacija.

Načelo transdukcije je temeljno merilo za učinkovito zbiranje informacij. Običajno logistična merila izbere razvojna ekipa.

Razvrstitev senzorjev na podlagi lastnosti je razporejena na naslednji način:

1. Temperatura: termistorji, termočleni, uporovni termometri, mikrovezja.
2. Tlak: optična vlakna, vakuum, prilagodljivi merilniki tekočine, LVDT, elektronski.
3. Pretok: elektromagnetni, diferenčni tlak, pozicijski premik, toplotna masa.
4. Senzorji nivoja: diferenčni tlak, ultrazvočna radijska frekvenca, radar, termični premik.
5. Bližina in premik: LVDT, fotovoltaični, kapacitivni, magnetni, ultrazvočni.
6. Biosenzorji: resonančno zrcalo, elektrokemična, površinska plazmonska resonanca, potenciometrična, ki jo je mogoče nasloviti na svetlobo.
7. Slika: CCD, CMOS.
8. Plin in kemija: polprevodniški, infrardeči, prevodni, elektrokemični.
9. Pospešek: žiroskopi, merilniki pospeška.
10. Drugo: senzor vlage, senzor hitrosti, masa, senzor nagiba, sila, viskoznost.

To je velika skupina pododdelkov. Omeniti velja, da se z odkrivanjem novih tehnologij razdelki nenehno dopolnjujejo.

Dodelitev razvrstitve senzorja glede na smer uporabe:

1. Nadzor, merjenje in avtomatizacija proizvodnega procesa.
2. Neindustrijska uporaba: letalstvo, medicinske naprave, avtomobili, potrošniška elektronika.

Senzorje lahko razvrstimo glede na zahteve glede moči:

1. Aktivni senzor - naprave, ki zahtevajo napajanje. Na primer, LiDAR (zaznavanje svetlobe in daljinomer), fotoprevodna celica.
2. Pasivni senzor - senzorji, ki ne potrebujejo napajanja. Na primer radiometri, filmska fotografija.

Ta dva razdelka vključujeta vse naprave, ki jih znanost pozna.

V trenutnih aplikacijah je lahko dodelitev razvrstitve senzorjev združena na naslednji način:

1. Metri pospeška - temeljijo na tehnologiji mikroelektromehanskih senzorjev. Uporabljajo se za spremljanje bolnikov, ki vklopijo srčne spodbujevalnike. in dinamika vozila.
2. Biosenzorji - temeljijo na elektrokemični tehnologiji. Uporablja se za testiranje hrane, medicinskih pripomočkov, vode in odkrivanje nevarnih bioloških patogenov.
3. Slikovni senzorji - temeljijo na tehnologiji CMOS. Uporabljajo se v potrošniški elektroniki, biometriji, spremljanju prometapromet in varnost ter računalniške slike.
4. Detektorji gibanja - temeljijo na infrardeči, ultrazvočni in mikrovalovni/radarski tehnologiji. Uporablja se v video igrah in simulacijah, aktivaciji svetlobe in zaznavanju varnosti.

Vrste senzorjev

Obstaja tudi glavna skupina. Razdeljen je na šest glavnih področij:

1. temperatura.
2. Infrardeči.
3. Ultravijolično.
4. senzor.
5. Približ, gibanje.
6. ultrazvok.

Vsaka skupina lahko vključuje pododdelke, če je tehnologija celo delno uporabljena kot del določene naprave.

1. Temperaturni senzorji

To je ena glavnih skupin. Klasifikacija temperaturnih senzorjev združuje vse naprave, ki imajo možnost vrednotenja parametrov glede na segrevanje ali hlajenje določene vrste snovi ali materiala.

Ta naprava zbira informacije o temperaturi iz vira in jih pretvori v obliko, ki jo lahko razume druga oprema ali ljudje. Najboljša ilustracija temperaturnega senzorja je živo srebro v steklenem termometru. Živo srebro v steklu se širi in krči s spremembami temperature. Zunanja temperatura je začetni element za merjenje indikatorja. Gledalec opazuje položaj živega srebra, da izmeri parameter. Obstajata dve glavni vrsti temperaturnih senzorjev:

1. Kontaktni senzorji. Ta vrsta naprave zahteva neposreden fizični stik s predmetom ali nosilcem. Imajo nadzortemperatura trdnih snovi, tekočin in plinov v širokem temperaturnem območju.
2. Senzorji bližine. Ta tip senzorja ne zahteva nobenega fizičnega stika z merjenim predmetom ali medijem. Nadzirajo neodsevne trdne snovi in tekočine, vendar so zaradi svoje naravne prosojnosti neuporabne za pline. Ti instrumenti uporabljajo Planckov zakon za merjenje temperature. Ta zakon se nanaša na toploto, ki jo oddaja vir za merjenje referenčne vrednosti.

Delo z različnimi napravami

Načelo delovanja in razvrstitev temperaturnih senzorjev sta razdeljena na uporabo tehnologije v drugih vrstah opreme. To so lahko armaturne plošče v avtomobilu in posebne proizvodne enote v industrijski trgovini.

1. Termoelement - moduli so izdelani iz dveh žic (vsaka - iz različnih homogenih zlitin ali kovin), ki s povezovanjem na enem koncu tvorita merilni prehod. Ta merilna enota je odprta za proučevane elemente. Drugi konec žice se konča z merilno napravo, kjer se oblikuje referenčni stik. Skozi tokokrog teče tok, ker sta temperature obeh stičišč različni. Nastala milivoltna napetost se izmeri za določitev temperature na stičišču.
2. Uporni temperaturni detektorji (RTD) so vrste termistorjev, ki so narejeni za merjenje električnega upora pri temperaturnih spremembah. So dražje od katere koli druge naprave za zaznavanje temperature.
3. Termistorji. So še ena vrsta toplotnih uporov, v katerih je velikasprememba upora je sorazmerna z majhno spremembo temperature.

2. IR senzor

Ta naprava oddaja ali zazna infrardeče sevanje za zaznavanje določene faze v okolju. Toplotno sevanje praviloma oddajajo vsi objekti v infrardečem spektru. Ta senzor zazna vrsto vira, ki ni viden človeškemu očesu.

Osnovna ideja je uporaba infrardečih LED za prenos svetlobnih valov na predmet. Za zaznavanje odbitega valovanja od predmeta je treba uporabiti drugo IR diodo iste vrste.

Načelo delovanja

Razvrstitev senzorjev v sistemu avtomatizacije v tej smeri je pogosta. To je posledica dejstva, da tehnologija omogoča uporabo dodatnih orodij za ocenjevanje zunanjih parametrov. Ko je infrardeči sprejemnik izpostavljen infrardeči svetlobi, se na žicah razvije napetostna razlika. Električne lastnosti komponent IR senzorja se lahko uporabijo za merjenje razdalje do predmeta. Ko je infrardeči sprejemnik izpostavljen svetlobi, se med žicami pojavi potencialna razlika.

Kjer je primerno:

1. Termografija: Po zakonu sevanja predmetov je s to tehnologijo mogoče opazovati okolje z ali brez vidne svetlobe.
2. Ogrevanje: Infrardeči se lahko uporablja za kuhanje in pogrevanje hrane. Lahko odstranijo led s kril letala. Pretvorniki so priljubljeni v industrijipodročja, kot so tiskanje, oblikovanje plastike in varjenje polimerov.
3. Spektroskopija: Ta tehnika se uporablja za identifikacijo molekul z analizo sestavnih vezi. Tehnologija uporablja svetlobno sevanje za preučevanje organskih spojin.
4. Meteorologija: izmerite višino oblakov, izračunajte temperaturo zemlje in površine je možno, če so meteorološki sateliti opremljeni s skenirajočimi radiometri.
5. Fotobiomodulacija: uporablja se za kemoterapijo pri bolnikih z rakom. Poleg tega se tehnologija uporablja za zdravljenje virusa herpesa.
6. Klimatologija: spremljanje izmenjave energije med ozračjem in zemljo.
7. Komunikacija: infrardeči laser zagotavlja svetlobo za komunikacijo po optičnih vlaknih. Te emisije se uporabljajo tudi za komunikacijo na kratke razdalje med mobilnimi in računalniškimi zunanjimi napravami.

3. UV senzor

Ti senzorji merijo intenzivnost ali moč vpadnega ultravijoličnega sevanja. Oblika elektromagnetnega sevanja ima daljšo valovno dolžino kot rentgenski žarki, vendar je še vedno krajša od vidnega sevanja.

Aktivni material, znan kot polikristalni diamant, se uporablja za zanesljivo merjenje ultravijoličnega sevanja. Instrumenti lahko zaznajo različne vplive na okolje.

Merila za izbiro naprave:

1. Območja valovnih dolžin v nanometrih (nm), ki jih lahko zaznajo ultravijolični senzorji.
2. Delovna temperatura.
3. Natančnost.
4. Teža.
5. Razponmoč.

Načelo delovanja

Ultravijolični senzor sprejme eno vrsto energijskega signala in odda drugo vrsto signala. Za opazovanje in beleženje teh izhodnih tokov se pošljejo v električni števec. Za ustvarjanje grafov in poročil se odčitki prenesejo v analogno-digitalni pretvornik (ADC) in nato v računalnik s programsko opremo.

Uporablja se v naslednjih aparatih:

1. UV fotocevke so senzorji, občutljivi na sevanje, ki spremljajo obdelavo UV zraka, UV obdelavo vode in izpostavljenost soncu.
2. Svetlobni senzorji - merijo intenzivnost vpadnega žarka.
3. Senzorji UV spektra so naprave s sklopko polnjenja (CCD), ki se uporabljajo pri laboratorijskem slikanju.
4. Detektorji UV svetlobe.
5. UV germicidni detektorji.
6. senzorji fotostabilnosti.

4. Senzor na dotik

To je še ena velika skupina naprav. Razvrstitev tlačnih senzorjev se uporablja za ocenjevanje zunanjih parametrov, ki so odgovorni za pojav dodatnih lastnosti pod vplivom določenega predmeta ali snovi.

Senzor na dotik deluje kot spremenljiv upor glede na to, kje je priključen.

Senzor na dotik je sestavljen iz:

1. Popolnoma prevoden material, kot je baker.
2. Izolirani vmesni material, kot je pena ali plastika.
3. Delno prevoden material.

Ob tem ni stroge ločitve. Razvrstitev tlačnih senzorjev se vzpostavi z izbiro določenega senzorja, ki oceni nastajajočo napetost znotraj ali zunaj preučevanega predmeta.

Načelo delovanja

Delno prevoden material nasprotuje toku toka. Načelo linearnega kodirnika je, da se šteje, da je tok bolj nasproten, če je dolžina materiala, skozi katerega naj teče tok, daljša. Posledično se upor materiala spremeni s spremembo položaja, v katerem pride v stik s popolnoma prevodnim predmetom.

Razvrstitev senzorjev avtomatizacije v celoti temelji na opisanem principu. Tu so vključeni dodatni viri v obliki posebej razvite programske opreme. Običajno je programska oprema povezana s senzorji na dotik. Naprave si lahko zapomnijo "zadnji dotik", ko je senzor onemogočen. Lahko registrirajo "prvi dotik" takoj, ko je senzor aktiviran, in razumejo vse pomene, povezane z njim. To dejanje je podobno premikanju računalniške miške na drugi konec miške, da premaknete kazalec na skrajno stran zaslona.

5. Senzor bližine

To tehnologijo vedno bolj uporabljajo sodobna vozila. Klasifikacija električnih senzorjev z uporabo svetlobnih in senzorskih modulov postaja vse bolj priljubljena pri proizvajalcih avtomobilov.

Senzor bližine zazna prisotnost predmetov, ki so skoraj brezstične točke. Ker ni stika med moduli in zaznanim predmetom in ni mehanskih delov, imajo te naprave dolgo življenjsko dobo in visoko zanesljivost.

Različne vrste senzorjev bližine:

1. Induktivni senzorji bližine.
2. Kapacitivni senzorji bližine.
3. Ultrazvočni senzorji bližine.
4. fotoelektrični senzorji.
5. Hall senzorji.

Načelo delovanja

Senzor bližine oddaja elektromagnetno ali elektrostatično polje ali snop elektromagnetnega sevanja (kot je infrardeči) in čaka na odzivni signal ali spremembe v polju. Zaznani predmet je znan kot cilj registracijskega modula.

Razvrstitev senzorjev glede na načelo delovanja in namen bo naslednja:

1. Induktivne naprave: na vhodu je oscilator, ki spreminja upornost izgube na bližino električno prevodnega medija. Te naprave so prednostne za kovinske predmete.
2. Kapacitivni senzorji bližine: Ti pretvarjajo spremembo elektrostatične kapacitivnosti med detekcijskimi elektrodami in zemljo. To se zgodi, ko se približamo bližnjemu predmetu s spremembo frekvence nihanja. Za zaznavanje bližnjega predmeta se frekvenca nihanja pretvori v enosmerno napetost, ki se primerja z vnaprej določenim pragom. Te napeljave so prednostne za plastične predmete.

Razvrstitev merilne opreme in senzorjev ni omejena na zgornji opis in parametre. S prihodomnovih vrst merilnih instrumentov, se skupna skupina povečuje. Za razlikovanje med senzorji in pretvorniki so bile odobrene različne definicije. Senzorje lahko opredelimo kot element, ki zaznava energijo, da bi proizvedel varianto v isti ali drugačni obliki energije. Senzor pretvori izmerjeno vrednost v želeni izhodni signal po principu pretvorbe.

Na podlagi prejetih in ustvarjenih signalov lahko princip razdelimo v naslednje skupine: električni, mehanski, termični, kemični, sevalni in magnetni.

6. Ultrazvočni senzorji

Ultrazvočni senzor se uporablja za zaznavanje prisotnosti predmeta. To dosežemo z oddajanjem ultrazvočnih valov iz glave naprave in nato sprejemom odbitega ultrazvočnega signala od ustreznega predmeta. To pomaga pri zaznavanju položaja, prisotnosti in premikanja predmetov.

Ker se ultrazvočni senzorji za zaznavanje zanašajo na zvok in ne na svetlobo, se pogosto uporabljajo pri merjenju nivoja vode, medicinskih postopkih skeniranja in v avtomobilski industriji. Ultrazvočni valovi lahko s svojimi odsevnimi senzorji zaznajo nevidne predmete, kot so prosojnice, steklenice, plastične steklenice in steklene pločevine.

Načelo delovanja

Razvrstitev induktivnih senzorjev temelji na obsegu njihove uporabe. Pri tem je pomembno upoštevati fizikalne in kemijske lastnosti predmetov. Gibanje ultrazvočnih valov se razlikuje glede na obliko in vrsto medija. Na primer, ultrazvočni valovi potujejo naravnost skozi homogen medij in se odbijajo in prenašajo nazaj do meje med različnimi mediji. Človeško telo v zraku povzroča pomemben odsev in ga je mogoče zlahka zaznati.

Tehnologija uporablja naslednja načela:

1. Multiorefleksija. Večkratni odboj se pojavi, ko se valovi odbijejo več kot enkrat med senzorjem in tarčo.
2. Omejno območje. Najmanjšo razdaljo zaznavanja in največjo razdaljo zaznavanja je mogoče prilagoditi. To se imenuje mejno območje.
3. Območje zaznavanja. To je interval med površino glave senzorja in najmanjšo razdaljo zaznavanja, pridobljeno s prilagajanjem razdalje skeniranja.

Naprave, opremljene s to tehnologijo, lahko skenirajo različne vrste predmetov. Ultrazvočni viri se aktivno uporabljajo pri ustvarjanju vozil.