Sensori ir sarežģītas ierīces, ko bieži izmanto, lai noteiktu elektriskos vai optiskos signālus un reaģētu uz tiem. Ierīce pārveido fizisko parametru (temperatūra, asinsspiediens, mitrums, ātrums) signālā, ko ierīce var izmērīt.
Sensoru klasifikācija šajā gadījumā var atšķirties. Mērīšanas ierīču izplatīšanai ir vairāki pamatparametri, kas tiks apspriesti tālāk. Būtībā šī atdalīšanās notiek dažādu spēku darbības rezultātā.
To ir viegli izskaidrot, kā piemēru izmantojot temperatūras mērīšanu. Dzīvsudrabs stikla termometrā izplešas un saspiež šķidrumu, lai pārveidotu izmērīto temperatūru, ko novērotājs var nolasīt no kalibrētas stikla caurules.
Atlases kritēriji
Ir noteiktas funkcijas, kas jāņem vērā, klasificējot sensoru. Tie ir norādīti tālāk:
- Precizitāte.
- Vides apstākļi - parasti sensoriem ir ierobežojumi attiecībā uz temperatūru, mitrumu.
- Diapazons - ierobežojumssensora mērījumi.
- Kalibrēšana - nepieciešama lielākajai daļai mērinstrumentu, jo rādījumi laika gaitā mainās.
- Izmaksas.
- Atkārtojamība - mainīgi rādījumi tiek mērīti atkārtoti tajā pašā vidē.
Sadalījums pēc kategorijas
Sensoru klasifikācijas ir sadalītas šādās kategorijās:
- Primārā ievades parametru skaits.
- Pārveidošanas principi (izmantojot fizikālos un ķīmiskos efektus).
- Materiāls un tehnoloģija.
- Galamērķis.
Transdukcijas princips ir būtisks kritērijs efektīvai informācijas vākšanai. Parasti loģistikas kritērijus izvēlas izstrādes komanda.
Sensoru klasifikācija, pamatojoties uz īpašībām, tiek sadalīta šādi:
- Temperatūra: termistori, termopāri, pretestības termometri, mikroshēmas.
- Spiediens: optiskā šķiedra, vakuums, elastīgi šķidruma mērītāji, LVDT, elektroniski.
- Plūsma: elektromagnētiskais, diferenciālais spiediens, pozicionālā nobīde, termiskā masa.
- Līmeņa sensori: diferenciālais spiediens, ultraskaņas radio frekvence, radars, termiskā nobīde.
- Tuvums un nobīde: LVDT, fotoelektriskais, kapacitatīvs, magnētiskais, ultraskaņas.
- Biosensori: rezonanses spogulis, elektroķīmiski, virsmas plazmona rezonanse, gaismas adresācijas potenciometriskie.
- Attēls: CCD, CMOS.
- Gāze un ķīmija: pusvadītāji, infrasarkanais starojums, vadītspēja, elektroķīmiskā.
- Paātrinājums: žiroskopi, akselerometri.
- Citi: mitruma sensors, ātruma sensors, masa, slīpuma sensors, spēks, viskozitāte.
Šī ir liela apakšsadaļu grupa. Zīmīgi, ka, atklājot jaunas tehnoloģijas, sadaļas tiek pastāvīgi papildinātas.
Sensoru klasifikācijas piešķiršana, pamatojoties uz lietošanas virzienu:
- Ražošanas procesa kontrole, mērīšana un automatizācija.
- Nerūpnieciska izmantošana: aviācija, medicīnas ierīces, automašīnas, plaša patēriņa elektronika.
Sensorus var klasificēt atbilstoši jaudas prasībām:
- Aktīvs sensors - ierīces, kurām nepieciešama strāva. Piemēram, LiDAR (gaismas noteikšana un tālmērs), fotovadoša šūna.
- Pasīvais sensors – sensori, kuriem nav nepieciešama strāva. Piemēram, radiometri, filmēšana.
Šajās divās sadaļās ir iekļautas visas zinātnei zināmās ierīces.
Pašreizējās lietojumprogrammās sensoru klasifikācijas piešķiršanu var grupēt šādi:
- Akselerometri – pamatojoties uz mikroelektromehānisko sensoru tehnoloģiju. Tos izmanto, lai uzraudzītu pacientus, kuri ieslēdz elektrokardiostimulatorus. un transportlīdzekļa dinamika.
- Biosensori – pamatojoties uz elektroķīmisko tehnoloģiju. Izmanto, lai pārbaudītu pārtiku, medicīnas ierīces, ūdeni un noteiktu bīstamus bioloģiskos patogēnus.
- Attēla sensori - pamatojoties uz CMOS tehnoloģiju. Tos izmanto sadzīves elektronikā, biometrijā, satiksmes uzraudzībāsatiksme un drošība, kā arī datora attēli.
- Kustības detektori – balstīti uz infrasarkano staru, ultraskaņas un mikroviļņu/radaru tehnoloģijām. Izmanto videospēlēs un simulācijās, gaismas aktivizēšanā un drošības noteikšanā.
Sensoru veidi
Ir arī galvenā grupa. Tas ir sadalīts sešās galvenajās jomās:
- Temperatūra.
- Infrasarkanais.
- Ultraviolets.
- Sensors.
- Pieeja, kustība.
- Ultraskaņa.
Katrā grupā var būt apakšsadaļas, ja tehnoloģija pat daļēji tiek izmantota kā daļa no noteiktas ierīces.
1. Temperatūras sensori
Šī ir viena no galvenajām grupām. Temperatūras sensoru klasifikācija apvieno visas ierīces, kurām ir iespēja novērtēt parametrus, pamatojoties uz noteikta veida vielas vai materiāla sildīšanu vai dzesēšanu.
Šī ierīce apkopo informāciju par temperatūru no avota un pārvērš to formā, ko var saprast citas iekārtas vai cilvēki. Labākais temperatūras sensora piemērs ir dzīvsudrabs stikla termometrā. Dzīvsudrabs stiklā izplešas un saraujas līdz ar temperatūras izmaiņām. Āra temperatūra ir sākuma elements indikatora mērīšanai. Lai izmērītu parametru, skatītājs novēro dzīvsudraba stāvokli. Ir divi galvenie temperatūras sensoru veidi:
- Sazinieties ar sensoriem. Šāda veida ierīcei ir nepieciešams tiešs fizisks kontakts ar objektu vai nesēju. Viņi kontrolēcietvielu, šķidrumu un gāzu temperatūra plašā temperatūras diapazonā.
- Tuvuma sensori. Šāda veida sensoram nav nepieciešams fizisks kontakts ar mērīto objektu vai vidi. Tie kontrolē neatstarojošas cietas vielas un šķidrumus, bet gāzēm to dabiskās caurspīdīguma dēļ ir bezjēdzīgi. Šie instrumenti temperatūras mērīšanai izmanto Planka likumu. Šis likums attiecas uz avota emitēto siltumu, lai izmērītu etalonu.
Darbs ar dažādām ierīcēm
Temperatūras sensoru darbības princips un klasifikācija ir sadalīta tehnoloģiju izmantošanā cita veida iekārtās. Tie var būt informācijas paneļi automašīnā un īpašas ražošanas vienības industriālajā veikalā.
- Termopāris - moduļi ir izgatavoti no diviem vadiem (katrs - no dažādiem viendabīgiem sakausējumiem vai metāliem), kas vienā galā savienojot veido mērīšanas pāreju. Šī mērvienība ir atvērta pētītajiem elementiem. Vada otrs gals beidzas ar mērierīci, kur veidojas atskaites krustojums. Caur ķēdi plūst strāva, jo abu savienojumu temperatūras ir atšķirīgas. Iegūtais milivoltu spriegums tiek mērīts, lai noteiktu temperatūru krustojumā.
- Pretestības temperatūras detektori (RTD) ir termistoru veidi, kas paredzēti elektriskās pretestības mērīšanai, mainoties temperatūrai. Tās ir dārgākas nekā jebkuras citas temperatūras noteikšanas ierīces.
- Termistori. Tie ir cita veida termiskie rezistori, kuros lielspretestības izmaiņas ir proporcionālas nelielām temperatūras izmaiņām.
2. IR sensors
Šī ierīce izstaro vai nosaka infrasarkano starojumu, lai noteiktu noteiktu vides fāzi. Parasti termisko starojumu izstaro visi infrasarkanā spektra objekti. Šis sensors nosaka avota veidu, kas nav redzams cilvēka acij.
Pamatideja ir izmantot infrasarkanās gaismas diodes, lai pārraidītu gaismas viļņus uz objektu. Lai noteiktu atstaroto vilni no objekta, jāizmanto cita tāda paša veida IR diode.
Darbības princips
Sensoru klasifikācija automatizācijas sistēmā šajā virzienā ir izplatīta. Tas ir saistīts ar faktu, ka tehnoloģija ļauj izmantot papildu rīkus ārējo parametru novērtēšanai. Kad infrasarkanais uztvērējs tiek pakļauts infrasarkanajai gaismai, vados veidojas sprieguma atšķirība. IR sensora komponentu elektriskās īpašības var izmantot, lai izmērītu attālumu līdz objektam. Kad infrasarkanais uztvērējs tiek pakļauts gaismai, vados rodas potenciālu atšķirība.
Attiecīgā gadījumā:
- Termogrāfija: saskaņā ar objektu starojuma likumu, izmantojot šo tehnoloģiju, ir iespējams novērot vidi ar redzamu gaismu vai bez tās.
- Apkure: infrasarkano staru var izmantot ēdiena pagatavošanai un uzsildīšanai. Tie var noņemt ledu no lidmašīnas spārniem. Pārveidotāji ir populāri rūpniecībātādās jomās kā drukāšana, plastmasas liešana un polimēru metināšana.
- Spektroskopija: šo paņēmienu izmanto, lai identificētu molekulas, analizējot to sastāvdaļas. Tehnoloģija izmanto gaismas starojumu, lai pētītu organiskos savienojumus.
- Meteoroloģija: izmērīt mākoņu augstumu, aprēķināt zemes un virsmas temperatūru ir iespējams, ja meteoroloģiskie pavadoņi ir aprīkoti ar skenējošiem radiometriem.
- Fotobiomodulācija: izmanto ķīmijterapijai vēža slimniekiem. Turklāt šī tehnoloģija tiek izmantota herpes vīrusa ārstēšanai.
- Klimatoloģija: enerģijas apmaiņas uzraudzība starp atmosfēru un zemi.
- Saziņa: infrasarkanais lāzers nodrošina gaismu optiskās šķiedras saziņai. Šīs emisijas tiek izmantotas arī neliela attāluma saziņai starp mobilajām ierīcēm un datoru perifērijas ierīcēm.
3. UV sensors
Šie sensori mēra krītošā ultravioletā starojuma intensitāti vai jaudu. Elektromagnētiskā starojuma veidam ir garāks viļņa garums nekā rentgena stariem, taču tas joprojām ir īsāks par redzamo starojumu.
Uzticamai ultravioletā starojuma mērīšanai tiek izmantots aktīvs materiāls, kas pazīstams kā polikristāliskais dimants. Instrumenti var noteikt dažādu ietekmi uz vidi.
Ierīces atlases kritēriji:
- Viļņa garuma diapazoni nanometros (nm), ko var noteikt ar ultravioletajiem sensoriem.
- Darbības temperatūra.
- Precizitāte.
- Svars.
- Diapazonsjauda.
Darbības princips
ultravioletais sensors saņem viena veida enerģijas signālu un pārraida cita veida signālu. Lai novērotu un reģistrētu šīs izvades plūsmas, tās tiek nosūtītas uz elektrisko skaitītāju. Lai izveidotu grafikus un atskaites, rādījumi tiek pārsūtīti uz analogo-digitālo pārveidotāju (ADC) un pēc tam uz datoru ar programmatūru.
Izmanto šādās ierīcēs:
- UV fotocaurules ir pret starojumu jutīgi sensori, kas uzrauga UV gaisa apstrādi, UV ūdens apstrādi un saules iedarbību.
- Gaismas sensori - mēra krītošā stara intensitāti.
- UV spektra sensori ir ar uzlādi savienotas ierīces (CCD), ko izmanto laboratorijas attēlveidošanā.
- UV gaismas detektori.
- UV baktericīdie detektori.
- Fotostabilitātes sensori.
4. Skāriensensors
Šī ir vēl viena liela ierīču grupa. Spiediena sensoru klasifikācija tiek izmantota, lai novērtētu ārējos parametrus, kas ir atbildīgi par papildu raksturlielumu parādīšanos noteikta objekta vai vielas iedarbībā.
Skāriensensors darbojas kā mainīgs rezistors atkarībā no tā, kur tas ir pievienots.
Skāriensensors sastāv no:
- Pilnībā vadošs materiāls, piemēram, varš.
- Izolēts starpmateriāls, piemēram, putas vai plastmasa.
- Daļēji vadošs materiāls.
Tajā pašā laikā nav stingras nošķiršanas. Spiediena sensoru klasifikācija tiek noteikta, izvēloties konkrētu sensoru, kas novērtē radušos spriegumu pētāmā objekta iekšpusē vai ārpusē.
Darbības princips
Daļēji vadošais materiāls ir pretrunā ar strāvas plūsmu. Lineārā kodētāja princips ir tāds, ka strāvas plūsma tiek uzskatīta par pretēju, ja materiāla garums, caur kuru strāvai jāiziet, ir garāks. Rezultātā materiāla pretestība mainās, mainot pozīciju, kurā tas saskaras ar pilnībā vadošu objektu.
Automatizācijas sensoru klasifikācija pilnībā balstās uz aprakstīto principu. Šeit tiek piesaistīti papildu resursi īpaši izstrādātas programmatūras veidā. Parasti programmatūra ir saistīta ar pieskāriena sensoriem. Ierīces var atcerēties "pēdējo pieskārienu", kad sensors ir atspējots. Viņi var reģistrēt "pirmo pieskārienu", tiklīdz sensors ir aktivizēts, un saprast visas ar to saistītās nozīmes. Šī darbība ir līdzīga datora peles pārvietošanai uz peles paliktņa otru galu, lai pārvietotu kursoru uz ekrāna tālāko pusi.
5. Tuvuma sensors
Arvien biežāk mūsdienu transportlīdzekļos tiek izmantota šī tehnoloģija. Automobiļu ražotāji gūst arvien lielāku popularitāti elektrisko sensoru klasifikācija, izmantojot gaismas un sensoru moduļus.
Tuvuma sensors nosaka objektu klātbūtni, kuru gandrīz navsaskarsmes punkti. Tā kā starp moduļiem un uztveramo objektu nav kontakta un nav mehānisku daļu, šīm ierīcēm ir ilgs kalpošanas laiks un augsta uzticamība.
Dažādu veidu tuvuma sensori:
- Induktīvie tuvuma sensori.
- Kapacitatīvie tuvuma sensori.
- Ultraskaņas tuvuma sensori.
- Fotoelektriskie sensori.
- Zāles sensori.
Darbības princips
Tuvuma sensors izstaro elektromagnētisko vai elektrostatisko lauku vai elektromagnētiskā starojuma (piemēram, infrasarkanā) staru kūli un gaida atbildes signālu vai izmaiņas laukā. Atklātais objekts ir zināms kā reģistrācijas moduļa mērķis.
Sensoru klasifikācija pēc darbības principa un mērķa būs šāda:
- Induktīvās ierīces: pie ieejas ir oscilators, kas maina zudumu pretestību elektriski vadošas vides tuvumam. Šīs ierīces ir ieteicamas metāla priekšmetiem.
- Kapacitatīvie tuvuma sensori: tie pārveido elektrostatiskās kapacitātes izmaiņas starp noteikšanas elektrodiem un zemi. Tas notiek, tuvojoties tuvējam objektam ar izmaiņām svārstību frekvencē. Lai noteiktu tuvumā esošu objektu, svārstību frekvence tiek pārveidota par līdzstrāvas spriegumu, ko salīdzina ar iepriekš noteiktu slieksni. Šie ķermeņi ir ieteicami plastmasas priekšmetiem.
Mērīšanas iekārtu un sensoru klasifikācija neaprobežojas ar iepriekš minēto aprakstu un parametriem. Ar adventijauni mērinstrumentu veidi, kopējā grupa palielinās. Ir apstiprinātas dažādas definīcijas, lai atšķirtu sensorus un devējus. Sensorus var definēt kā elementu, kas uztver enerģiju, lai radītu variantu tajā pašā vai citā enerģijas formā. Sensors pārvērš izmērīto vērtību vēlamajā izejas signālā, izmantojot konversijas principu.
Pamatojoties uz saņemtajiem un izveidotajiem signāliem, principu var iedalīt šādās grupās: elektriskā, mehāniskā, termiskā, ķīmiskā, starojuma un magnētiskā.
6. Ultraskaņas sensori
Ultraskaņas sensoru izmanto, lai noteiktu objekta klātbūtni. Tas tiek panākts, izstarot ultraskaņas viļņus no ierīces galvas un pēc tam saņemot atstaroto ultraskaņas signālu no attiecīgā objekta. Tas palīdz noteikt objektu atrašanās vietu, klātbūtni un kustību.
Tā kā ultraskaņas sensori nosaka skaņu, nevis gaismu, tos plaši izmanto ūdens līmeņa mērīšanā, medicīniskās skenēšanas procedūrās un automobiļu rūpniecībā. Ultraskaņas viļņi ar atstarojošiem sensoriem var noteikt neredzamus objektus, piemēram, caurspīdīgās plēves, stikla pudeles, plastmasas pudeles un lokšņu stiklu.
Darbības princips
Induktīvo sensoru klasifikācija ir balstīta uz to izmantošanas jomu. Šeit ir svarīgi ņemt vērā objektu fizikālās un ķīmiskās īpašības. Ultraskaņas viļņu kustība atšķiras atkarībā no vides formas un veida. Piemēram, ultraskaņas viļņi virzās tieši caur viendabīgu vidi un tiek atspoguļoti un pārraidīti atpakaļ uz robežu starp dažādiem medijiem. Cilvēka ķermenis gaisā rada ievērojamu atspīdumu, un to var viegli noteikt.
Tehnoloģija izmanto šādus principus:
- Daudzatstarošanās. Ja viļņi starp sensoru un mērķi tiek atstaroti vairāk nekā vienu reizi, rodas vairākkārtējs atstarojums.
- Ierobežojuma zona. Var regulēt minimālo un maksimālo uztveršanas attālumu. To sauc par ierobežojuma zonu.
- Atklāšanas zona. Šis ir intervāls starp sensora galviņas virsmu un minimālo noteikšanas attālumu, kas iegūts, pielāgojot skenēšanas attālumu.
Ar šo tehnoloģiju aprīkotas ierīces var skenēt dažāda veida objektus. Ultraskaņas avoti tiek aktīvi izmantoti transportlīdzekļu izveidē.
