Snímače sú zložité zariadenia, ktoré sa často používajú na detekciu a reakciu na elektrické alebo optické signály. Zariadenie prevádza fyzikálny parameter (teplota, krvný tlak, vlhkosť, rýchlosť) na signál, ktorý môže zariadenie merať.
Klasifikácia senzorov v tomto prípade môže byť odlišná. Existuje niekoľko základných parametrov pre rozdelenie meracích zariadení, o ktorých sa bude diskutovať ďalej. Toto oddelenie je v podstate spôsobené pôsobením rôznych síl.
To sa dá ľahko vysvetliť pomocou merania teploty ako príkladu. Ortuť v sklenenom teplomere expanduje a stláča kvapalinu, aby sa previedla nameraná teplota, ktorú môže pozorovateľ odčítať z kalibrovanej sklenenej trubice.
Kritériá výberu
Pri klasifikácii senzora je potrebné zvážiť určité funkcie. Sú uvedené nižšie:
- Presnosť.
- Podmienky prostredia – snímače majú zvyčajne obmedzenia týkajúce sa teploty, vlhkosti.
- Rozsah – limitmerania senzora.
- Kalibrácia – vyžaduje sa pre väčšinu meracích prístrojov, pretože hodnoty sa časom menia.
- Cena.
- Opakovateľnosť – premenné hodnoty sa merajú opakovane v rovnakom prostredí.
Distribúcia podľa kategórie
Klasifikácia senzorov je rozdelená do nasledujúcich kategórií:
- Primárny vstupný počet parametrov.
- Princípy transdukcie (pomocou fyzikálnych a chemických efektov).
- Materiál a technológia.
- Cieľ.
Princíp transdukcie je základným kritériom pre efektívne zhromažďovanie informácií. Logistické kritériá zvyčajne vyberá vývojový tím.
Klasifikácia senzorov na základe vlastností je rozdelená takto:
- Teplota: termistory, termočlánky, odporové teplomery, mikroobvody.
- Tlak: vláknová optika, vákuum, flexibilné kvapalinomery, LVDT, elektronické.
- Prietok: elektromagnetický, diferenčný tlak, polohový posun, tepelná hmotnosť.
- Snímače hladiny: diferenčný tlak, ultrazvuková rádiová frekvencia, radar, tepelný posun.
- Blízkosť a výtlak: LVDT, fotovoltaické, kapacitné, magnetické, ultrazvukové.
- Biosensory: rezonančné zrkadlo, elektrochemické, povrchová plazmónová rezonancia, svetelne adresovateľné potenciometrické.
- Obrázok: CCD, CMOS.
- Plyny a chémia: polovodičové, infračervené, vodivé, elektrochemické.
- Zrýchlenie: gyroskopy, akcelerometre.
- Iné: snímač vlhkosti, snímač rýchlosti, hmotnosť, snímač naklonenia, sila, viskozita.
Toto je veľká skupina podsekcií. Je pozoruhodné, že s objavovaním nových technológií sa sekcie neustále dopĺňajú.
Priradenie klasifikácie senzora podľa smeru použitia:
- Kontrola, meranie a automatizácia výrobného procesu.
- Nepriemyselné využitie: letectvo, lekárske prístroje, automobily, spotrebná elektronika.
Snímače možno klasifikovať podľa požiadaviek na napájanie:
- Aktívny senzor – zariadenia, ktoré vyžadujú napájanie. Napríklad LiDAR (detekcia svetla a diaľkomer), fotovodivý článok.
- Pasívny senzor – senzory, ktoré nevyžadujú napájanie. Napríklad rádiometre, filmová fotografia.
Tieto dve sekcie zahŕňajú všetky zariadenia známe vede.
V súčasných aplikáciách môže byť priradenie klasifikácie senzorov zoskupené takto:
- Akcelerometre – založené na technológii mikroelektromechanických senzorov. Používajú sa na monitorovanie pacientov, ktorí zapínajú kardiostimulátory. a dynamiku vozidla.
- Biosensors – založené na elektrochemickej technológii. Používa sa na testovanie potravín, zdravotníckych pomôcok, vody a detekciu nebezpečných biologických patogénov.
- Snímače obrazu – založené na technológii CMOS. Používajú sa v spotrebnej elektronike, biometrii, monitorovaní dopravypremávka a bezpečnosť, ako aj počítačové obrázky.
- Detektory pohybu – založené na infračervenej, ultrazvukovej a mikrovlnnej/radarovej technológii. Používa sa vo videohrách a simuláciách, aktivácii svetla a detekcii zabezpečenia.
Typy senzorov
Existuje aj hlavná skupina. Je rozdelená do šiestich hlavných oblastí:
- Teplota.
- Infračervené.
- Ultrafialové.
- Senzor.
- Prístup, pohyb.
- Ultrazvuk.
Každá skupina môže obsahovať podsekcie, ak je technológia čo i len čiastočne použitá ako súčasť konkrétneho zariadenia.
1. Teplotné senzory
Toto je jedna z hlavných skupín. Klasifikácia snímačov teploty združuje všetky zariadenia, ktoré majú schopnosť vyhodnocovať parametre na základe ohrevu alebo chladenia určitého typu látky alebo materiálu.
Toto zariadenie zhromažďuje informácie o teplote zo zdroja a prevádza ich do formy, ktorej rozumejú iné zariadenia alebo ľudia. Najlepšou ilustráciou snímača teploty je ortuť v sklenenom teplomere. Ortuť v skle sa pri zmenách teploty rozťahuje a zmršťuje. Východiskovým prvkom merania ukazovateľa je vonkajšia teplota. Na meranie parametra divák sleduje polohu ortuti. Existujú dva hlavné typy snímačov teploty:
- Kontaktné senzory. Tento typ zariadenia vyžaduje priamy fyzický kontakt s predmetom alebo nosičom. Sú pod kontrolouteplota pevných látok, kvapalín a plynov v širokom rozsahu teplôt.
- Snímače priblíženia. Tento typ snímača nevyžaduje žiadny fyzický kontakt s meraným objektom alebo médiom. Kontrolujú nereflexné pevné látky a kvapaliny, ale pre plyny sú nepoužiteľné kvôli ich prirodzenej priehľadnosti. Tieto prístroje využívajú na meranie teploty Planckov zákon. Tento zákon sa týka tepla vyžarovaného zdrojom na meranie referenčnej hodnoty.
Práca s rôznymi zariadeniami
Princíp činnosti a klasifikácia snímačov teploty sú rozdelené na použitie technológie v iných typoch zariadení. Môžu to byť prístrojové dosky v aute a špeciálne výrobné jednotky v priemyselnom obchode.
- Termočlánok - moduly sú vyrobené z dvoch drôtov (každý - z rôznych homogénnych zliatin alebo kovov), ktoré spojením na jednom konci tvoria merací prechod. Táto meracia jednotka je otvorená študovaným prvkom. Druhý koniec drôtu končí meracím zariadením, kde je vytvorený referenčný spoj. Prúd preteká obvodom, pretože teploty dvoch spojov sú rozdielne. Výsledné milivoltové napätie sa meria na určenie teploty na križovatke.
- Resistance Temperature Detectors (RTD) sú typy termistorov, ktoré sú vyrobené na meranie elektrického odporu pri zmenách teploty. Sú drahšie ako akékoľvek iné zariadenia na detekciu teploty.
- Termistory. Sú ďalším typom tepelného odporu, v ktorom je veľkýzmena odporu je úmerná malej zmene teploty.
2. IR senzor
Toto zariadenie vyžaruje alebo deteguje infračervené žiarenie na detekciu špecifickej fázy v prostredí. Tepelné žiarenie spravidla vyžarujú všetky objekty v infračervenom spektre. Tento senzor rozpozná typ zdroja, ktorý ľudské oko nevidí.
Základnou myšlienkou je použiť infračervené LED diódy na prenos svetelných vĺn do objektu. Na detekciu odrazenej vlny od objektu by sa mala použiť iná IR dióda rovnakého typu.
Princíp fungovania
Klasifikácia senzorov v automatizačnom systéme je v tomto smere bežná. Je to spôsobené tým, že technológia umožňuje použiť ďalšie nástroje na hodnotenie vonkajších parametrov. Keď je infračervený prijímač vystavený infračervenému svetlu, medzi vodičmi vzniká rozdiel napätia. Elektrické vlastnosti komponentov IR snímača možno použiť na meranie vzdialenosti k objektu. Keď je infračervený prijímač vystavený svetlu, medzi vodičmi vzniká potenciálny rozdiel.
V prípade potreby:
- Termografia: Podľa zákona o žiarení predmetov je pomocou tejto technológie možné pozorovať prostredie s viditeľným svetlom alebo bez neho.
- Ohrievanie: Infračervené žiarenie možno použiť na varenie a ohrievanie jedla. Dokážu odstrániť ľad z krídel lietadla. Prevodníky sú obľúbené v priemysleoblasti ako tlač, lisovanie plastov a zváranie polymérov.
- Spektroskopia: Táto technika sa používa na identifikáciu molekúl analýzou väzieb zložiek. Technológia využíva svetelné žiarenie na štúdium organických zlúčenín.
- Meteorológia: meranie výšky oblakov, výpočet teploty Zeme a povrchu je možný, ak sú meteorologické satelity vybavené skenovacími rádiometrami.
- Fotobiomodulácia: používa sa na chemoterapiu u pacientov s rakovinou. Okrem toho sa táto technológia používa na liečbu herpes vírusu.
- Klimatológia: monitorovanie výmeny energie medzi atmosférou a zemou.
- Komunikácia: Infračervený laser poskytuje svetlo na komunikáciu cez optické vlákna. Tieto emisie sa tiež používajú na komunikáciu na krátke vzdialenosti medzi mobilnými a počítačovými perifériami.
3. UV senzor
Tieto senzory merajú intenzitu alebo silu dopadajúceho ultrafialového žiarenia. Forma elektromagnetického žiarenia má dlhšiu vlnovú dĺžku ako röntgenové žiarenie, no stále je kratšia ako viditeľné žiarenie.
Aktívny materiál známy ako polykryštalický diamant sa používa na spoľahlivé meranie ultrafialového žiarenia. Prístroje dokážu odhaliť rôzne vplyvy na životné prostredie.
Kritériá výberu zariadenia:
- Rozsahy vlnových dĺžok v nanometroch (nm), ktoré môžu byť detekované ultrafialovými senzormi.
- Prevádzková teplota.
- Presnosť.
- Hmotnosť.
- Rozsahmoc.
Princíp fungovania
Ultrafialový senzor prijíma jeden typ energetického signálu a vysiela iný typ signálu. Na pozorovanie a zaznamenávanie týchto výstupných tokov sa posielajú do elektromera. Na vytvorenie grafov a správ sa namerané hodnoty prenesú do analógovo-digitálneho prevodníka (ADC) a potom do počítača so softvérom.
Používa sa v nasledujúcich zariadeniach:
- UV fotoelektrónky sú senzory citlivé na žiarenie, ktoré monitorujú UV úpravu vzduchu, UV úpravu vody a slnečné žiarenie.
- Svetelné senzory – merajú intenzitu dopadajúceho lúča.
- Snímače UV spektra sú nábojovo viazané zariadenia (CCD) používané pri laboratórnom zobrazovaní.
- Detektory UV svetla.
- UV germicídne detektory.
- Snímače fotostability.
4. Dotykový senzor
Toto je ďalšia veľká skupina zariadení. Klasifikácia tlakových snímačov sa používa na posúdenie vonkajších parametrov zodpovedných za výskyt dodatočných charakteristík pri pôsobení určitého predmetu alebo látky.
Dotykový senzor funguje ako premenlivý odpor podľa toho, kde je pripojený.
Dotykový senzor pozostáva z:
- Plne vodivý materiál, ako je meď.
- Izolovaný medzi materiál, ako je pena alebo plast.
- Čiastočne vodivý materiál.
Zároveň neexistuje žiadne prísne oddelenie. Klasifikácia tlakových senzorov je stanovená výberom konkrétneho senzora, ktorý vyhodnocuje vznikajúce napätie vo vnútri alebo mimo skúmaného objektu.
Princíp fungovania
Čiastočne vodivý materiál bráni toku prúdu. Princíp lineárneho kódovača spočíva v tom, že tok prúdu sa považuje za opačný, keď je dĺžka materiálu, cez ktorý má prúd prechádzať, väčšia. V dôsledku toho sa odpor materiálu mení zmenou polohy, v ktorej prichádza do kontaktu s plne vodivým predmetom.
Klasifikácia senzorov automatizácie je založená výlučne na opísanom princípe. Tu sú zahrnuté ďalšie zdroje vo forme špeciálne vyvinutého softvéru. Softvér je zvyčajne spojený s dotykovými senzormi. Zariadenia si môžu zapamätať „posledný dotyk“, keď je senzor vypnutý. Dokážu zaregistrovať „prvý dotyk“hneď po aktivácii senzora a porozumieť všetkým významom, ktoré sú s ním spojené. Táto akcia je podobná presunutiu počítačovej myši na druhý koniec podložky pod myš, čím presuniete kurzor na vzdialenú stranu obrazovky.
5. Senzor priblíženia
Moderné vozidlá využívajú túto technológiu čoraz častejšie. Klasifikácia elektrických senzorov pomocou svetelných a senzorových modulov si získava na popularite u výrobcov automobilov.
Snímač priblíženia detekuje prítomnosť objektov, ktoré sú takmer bez akýchkoľvekstyčné body. Keďže medzi modulmi a vnímaným predmetom nie je žiadny kontakt a žiadne mechanické časti, tieto zariadenia majú dlhú životnosť a vysokú spoľahlivosť.
Rôzne typy senzorov priblíženia:
- Indukčné senzory priblíženia.
- Kapacitné senzory priblíženia.
- Ultrazvukové senzory priblíženia.
- Fotoelektrické senzory.
- Hallove senzory.
Princíp fungovania
Snímač priblíženia vysiela elektromagnetické alebo elektrostatické pole alebo lúč elektromagnetického žiarenia (napríklad infračervené) a čaká na signál odozvy alebo na zmeny v poli. Detegovaný objekt je známy ako cieľ registračného modulu.
Klasifikácia senzorov podľa princípu činnosti a účelu bude nasledovná:
- Indukčné zariadenia: na vstupe je oscilátor, ktorý mení stratový odpor na blízkosť elektricky vodivého média. Tieto zariadenia sú preferované pre kovové predmety.
- Kapacitné senzory priblíženia: Tieto konvertujú zmenu elektrostatickej kapacity medzi detekčnými elektródami a zemou. K tomu dochádza pri približovaní sa k blízkemu objektu so zmenou frekvencie kmitov. Na detekciu blízkeho objektu sa frekvencia oscilácií prevedie na jednosmerné napätie, ktoré sa porovná s vopred stanoveným prahom. Tieto svietidlá sú preferované pre plastové predmety.
Klasifikácia meracích zariadení a snímačov nie je obmedzená na vyššie uvedený popis a parametre. S príchodomnových typov meracích prístrojov sa celková skupina zväčšuje. Na rozlíšenie medzi snímačmi a prevodníkmi boli schválené rôzne definície. Senzory možno definovať ako prvok, ktorý sníma energiu, aby produkoval variant v rovnakej alebo inej forme energie. Senzor prevádza nameranú hodnotu na požadovaný výstupný signál pomocou princípu prevodu.
Na základe prijatých a vytvorených signálov možno princíp rozdeliť do nasledujúcich skupín: elektrický, mechanický, tepelný, chemický, sálavý a magnetický.
6. Ultrazvukové senzory
Ultrazvukový senzor sa používa na detekciu prítomnosti objektu. To sa dosiahne vyžarovaním ultrazvukových vĺn z hlavy zariadenia a následným príjmom odrazeného ultrazvukového signálu od príslušného objektu. Pomáha to pri zisťovaní polohy, prítomnosti a pohybu predmetov.
Pretože ultrazvukové senzory sa pri detekcii spoliehajú skôr na zvuk ako na svetlo, sú široko používané pri meraní hladiny vody, lekárskych skenovacích postupoch a v automobilovom priemysle. Ultrazvukové vlny dokážu pomocou svojich reflexných senzorov rozpoznať neviditeľné predmety, ako sú fólie, sklenené fľaše, plastové fľaše a tabuľové sklo.
Princíp fungovania
Klasifikácia indukčných snímačov je založená na rozsahu ich použitia. Tu je dôležité vziať do úvahy fyzikálne a chemické vlastnosti predmetov. Pohyb ultrazvukových vĺn sa líši v závislosti od tvaru a typu média. Napríklad ultrazvukové vlny sa pohybujú rovno cez homogénne médium a odrážajú sa a prenášajú späť na hranicu medzi rôznymi médiami. Ľudské telo vo vzduchu spôsobuje výrazný odraz a dá sa ľahko odhaliť.
Technológia využíva nasledujúce princípy:
- Multireflexia. Viacnásobný odraz nastane, keď sa vlny odrazia medzi snímačom a cieľom viackrát.
- Obmedzená zóna. Je možné nastaviť minimálnu a maximálnu vzdialenosť snímania. Toto sa nazýva limitná zóna.
- Detekčná zóna. Toto je interval medzi povrchom hlavy snímača a minimálnou detekčnou vzdialenosťou získanou úpravou vzdialenosti snímania.
Zariadenia vybavené touto technológiou dokážu skenovať rôzne typy objektov. Ultrazvukové zdroje sa aktívne využívajú pri výrobe vozidiel.
