Az érzékelők összetett eszközök, amelyeket gyakran használnak elektromos vagy optikai jelek észlelésére és reagálására. A készülék egy fizikai paramétert (hőmérséklet, vérnyomás, páratartalom, sebesség) a készülék által mérhető jellé alakít át.
Az érzékelők besorolása ebben az esetben eltérő lehet. A mérőeszközök elosztásának számos alapvető paramétere van, amelyekről a továbbiakban még lesz szó. Ez a szétválás alapvetően különböző erők hatásának köszönhető.
Ez könnyen megmagyarázható a hőmérsékletméréssel példaként. Az üveghőmérőben lévő higany kitágul és összenyomja a folyadékot, hogy átalakítsa a mért hőmérsékletet, amelyet a megfigyelő le tud olvasni egy kalibrált üvegcsőből.
Kiválasztási kritériumok
Vannak bizonyos jellemzők, amelyeket figyelembe kell venni az érzékelő besorolásakor. Az alábbiakban felsoroljuk őket:
- Pontosság.
- Környezeti feltételek – az érzékelők általában korlátozzák a hőmérsékletet és a páratartalmat.
- Tartomány – határérzékelő mérései.
- Kalibrálás – a legtöbb mérőműszerhez szükséges, mivel a leolvasások idővel változnak.
- Költség.
- Ismételhetőség – A változó értékeket a rendszer ismételten méri ugyanabban a környezetben.
Kategória szerinti megoszlás
Az érzékelők besorolása a következő kategóriákba sorolható:
- Elsődleges bemeneti paraméterek száma.
- A transzdukció elvei (fizikai és kémiai hatások felhasználásával).
- Anyag és technológia.
- Úticél.
A transzdukció elve a hatékony információgyűjtés alapvető kritériuma. A logisztikai kritériumokat általában a fejlesztőcsapat választja ki.
Az érzékelők tulajdonságok szerinti osztályozása a következőképpen oszlik meg:
- Hőmérséklet: termisztorok, hőelemek, ellenálláshőmérők, mikroáramkörök.
- Nyomás: száloptikai, vákuum, rugalmas folyadékmérők, LVDT, elektronikus.
- Áramlás: elektromágneses, nyomáskülönbség, helyzeti elmozdulás, termikus tömeg.
- Szintérzékelők: nyomáskülönbség, ultrahang rádiófrekvencia, radar, hőeltolódás.
- Közelség és eltolás: LVDT, fotovoltaikus, kapacitív, mágneses, ultrahangos.
- Bioszenzorok: rezonáns tükör, elektrokémiai, felületi plazmonrezonancia, fénycímezhető potenciometrikus.
- Kép: CCD, CMOS.
- Gáz és kémia: félvezető, infravörös, vezetés, elektrokémiai.
- Gyorsulás: giroszkópok, gyorsulásmérők.
- Egyéb: nedvességérzékelő, sebességérzékelő, tömeg, dőlésérzékelő, erő, viszkozitás.
Ez az alszakaszok nagy csoportja. Figyelemre méltó, hogy az új technológiák felfedezésével a szekciók folyamatosan bővülnek.
Az érzékelő besorolása a használati irány alapján:
- A gyártási folyamat vezérlése, mérése és automatizálása.
- Nem ipari felhasználás: repülés, orvosi eszközök, autók, szórakoztató elektronikai cikkek.
Az érzékelők teljesítményigény szerint osztályozhatók:
- Aktív érzékelő – áramot igénylő eszközök. Például LiDAR (fényérzékelés és távolságmérő), fényvezető cella.
- Passzív érzékelő – olyan érzékelők, amelyek nem igényelnek áramot. Például sugármérők, filmes fotózás.
Ez a két rész tartalmazza a tudomány által ismert összes eszközt.
A jelenlegi alkalmazásokban az érzékelő besorolásának hozzárendelése a következőképpen csoportosítható:
- Gyorsulásmérők – mikroelektromechanikus érzékelőtechnológián alapulnak. A pacemakert bekapcsoló betegek megfigyelésére szolgálnak. és a jármű dinamikája.
- Bioszenzorok - elektrokémiai technológián alapuló. Élelmiszerek, orvosi eszközök, víz tesztelésére és veszélyes biológiai kórokozók kimutatására használják.
- Képérzékelők – CMOS technológián alapulnak. Használják a fogyasztói elektronikában, a biometrikus adatokban, a forgalomfigyelésbenforgalom és biztonság, valamint számítógépes képek.
- Mozgásérzékelők - infravörös, ultrahangos és mikrohullámú/radar technológiákon alapulnak. Videojátékokban és szimulációkban, fényaktiválásban és biztonsági érzékelésben használják.
Érzékelőtípusok
Van egy főcsoport is. Hat fő területre oszlik:
- Hőmérséklet.
- Infravörös.
- Ultraibolya.
- Érzékelő.
- Megközelítés, mozgás.
- Ultrahang.
Minden csoport tartalmazhat alszakaszokat, ha a technológiát csak részben használják egy adott eszköz részeként.
1. Hőmérséklet érzékelők
Ez az egyik fő csoport. A hőmérséklet-érzékelők osztályozása egyesíti az összes olyan eszközt, amely képes a paraméterek értékelésére egy adott típusú anyag vagy anyag fűtése vagy hűtése alapján.
Ez az eszköz hőmérsékleti információkat gyűjt egy forrásból, és olyan formába alakítja át, amelyet más berendezések vagy emberek is megérthetnek. A hőmérséklet-érzékelő legjobb példája az üveg hőmérőben lévő higany. Az üvegben lévő higany a hőmérséklet változásával kitágul és összehúzódik. A külső hőmérséklet az indikátor mérésének kiinduló eleme. A higany helyzetét a néző figyeli a paraméter méréséhez. A hőmérséklet-érzékelőknek két fő típusa van:
- Érintsd meg az érzékelőket. Az ilyen típusú eszközök közvetlen fizikai érintkezést igényelnek a tárggyal vagy a hordozóval. Ők irányítjákszilárd anyagok, folyadékok és gázok hőmérséklete széles hőmérséklet-tartományban.
- Közelségérzékelők. Az ilyen típusú érzékelők nem igényelnek fizikai érintkezést a mért tárggyal vagy közeggel. Szabályozzák a nem tükröződő szilárd és folyékony anyagokat, de természetes átlátszóságuk miatt gázoknál használhatatlanok. Ezek a műszerek a Planck-törvényt használják a hőmérséklet mérésére. Ez a törvény a forrás által kibocsátott hőre vonatkozik a referenciaérték méréséhez.
Különböző eszközökkel dolgozhat
A hőmérséklet-érzékelők működési elve és osztályozása a technológia más típusú berendezésekben való használatára oszlik. Ezek lehetnek műszerfalak egy autóban és speciális gyártóegységek egy ipari műhelyben.
- Hőelem - a modulok két vezetékből állnak (mindegyik - különböző homogén ötvözetekből vagy fémekből), amelyek az egyik végén összekapcsolva mérési átmenetet képeznek. Ez a mérőegység nyitott a vizsgált elemek számára. A huzal másik vége egy mérőeszközzel végződik, ahol referencia csomópont van kialakítva. Az áramkörben áram folyik keresztül, mert a két csomópont hőmérséklete eltérő. A kapott millivoltos feszültséget mérjük a csomópont hőmérsékletének meghatározásához.
- Az ellenállás-hőmérséklet-érzékelők (RTD-k) olyan termisztortípusok, amelyek az elektromos ellenállás mérésére szolgálnak hőmérséklet-változás esetén. Drágábbak, mint bármely más hőmérsékletérzékelő eszköz.
- Termisztorok. Ezek egy másik típusú hőellenállás, amelyben egy nagyaz ellenállás változása arányos a hőmérséklet kis változásával.
2. IR érzékelő
Ez az eszköz infravörös sugárzást bocsát ki vagy érzékel a környezet egy adott fázisának észlelése érdekében. Általában az infravörös spektrumban lévő összes tárgy hősugárzást bocsát ki. Ez az érzékelő érzékeli az emberi szem számára nem látható forrás típusát.
Az alapötlet az, hogy infravörös LED-eket használjunk fényhullámok továbbítására egy tárgyra. Egy másik, azonos típusú infravörös diódát kell használni a tárgyról visszavert hullám érzékelésére.
Működési elv
Gyakori az automatizálási rendszer érzékelőinek ilyen irányú besorolása. Ez annak köszönhető, hogy a technológia lehetővé teszi további eszközök alkalmazását a külső paraméterek értékeléséhez. Ha az infravörös vevőt infravörös fény éri, feszültségkülönbség alakul ki a vezetékeken. Az infravörös érzékelő alkatrészeinek elektromos tulajdonságai felhasználhatók egy tárgy távolságának mérésére. Ha egy infravörös vevőt fény ér, potenciálkülönbség lép fel a vezetékekben.
Adott esetben:
- Termográfia: A tárgyak sugárzásának törvénye szerint ezzel a technológiával lehetséges a környezet megfigyelése látható fénnyel vagy anélkül.
- Fűtés: Az infravörös étel főzésére és melegítésére használható. Eltávolíthatják a jeget a repülőgép szárnyairól. Az átalakítók népszerűek az iparbanolyan területeken, mint a nyomtatás, műanyag fröccsöntés és polimer hegesztés.
- Spektroszkópia: Ezt a technikát molekulák azonosítására használják az alkotó kötések elemzésével. A technológia fénysugárzást használ a szerves vegyületek tanulmányozására.
- Meteorológia: mérje meg a felhők magasságát, számítsa ki a föld és a felszín hőmérsékletét, ha a meteorológiai műholdak fel vannak szerelve pásztázó radiométerekkel.
- Fotobiomoduláció: rákos betegek kemoterápiájára használják. Ezenkívül a technológiát a herpeszvírus kezelésére is használják.
- Klímatológia: a légkör és a föld közötti energiacsere figyelése.
- Kommunikáció: Az infravörös lézer fényt biztosít az optikai szálas kommunikációhoz. Ezeket a kibocsátásokat a mobil- és számítógép-perifériák közötti rövid távú kommunikációra is használják.
3. UV-érzékelő
Ezek az érzékelők a beeső ultraibolya sugárzás intenzitását vagy teljesítményét mérik. Az elektromágneses sugárzás egy formájának hullámhossza hosszabb, mint a röntgensugárzásé, de még mindig rövidebb, mint a látható sugárzásé.
A polikristályos gyémánt néven ismert aktív anyagot használnak az ultraibolya megbízható mérésére. A műszerek különféle környezeti hatásokat képesek érzékelni.
Eszköz kiválasztási kritériumok:
- Nanométerben (nm) kifejezett hullámhossz-tartományok, amelyeket ultraibolya érzékelők észlelnek.
- Üzemi hőmérséklet.
- Pontosság.
- Súly.
- Tartományteljesítmény.
Működési elv
Egy ultraibolya érzékelő egyfajta energiajelet fogad, és egy másik típusú jelet továbbít. Ezeknek a kimeneti folyamoknak a megfigyeléséhez és rögzítéséhez elektromos mérőbe kell küldeni őket. Grafikonok és jelentések létrehozásához a leolvasott értékeket egy analóg-digitális konverterre (ADC), majd egy szoftverrel ellátott számítógépre továbbítják.
A következő készülékekben használható:
- Az UV fotocsövek sugárzásra érzékeny érzékelők, amelyek az UV-levegő-kezelést, az UV-vízkezelést és a napsugárzást figyelik.
- Fényérzékelők – mérik a beeső sugár intenzitását.
- Az UV-spektrumérzékelők töltéscsatolt eszközök (CCD-k), amelyeket laboratóriumi képalkotásban használnak.
- UV fényérzékelők.
- UV baktériumölő detektorok.
- Fotóstabilitás-érzékelők.
4. Érintőérzékelő
Ez az eszközök másik nagy csoportja. A nyomásérzékelők osztályozása arra szolgál, hogy értékeljék azokat a külső paramétereket, amelyek egy bizonyos tárgy vagy anyag hatására további jellemzők megjelenéséért felelősek.
Az érintésérzékelő változó ellenállásként működik attól függően, hogy hol van csatlakoztatva.
Az érintésérzékelő a következőkből áll:
- Teljesen vezetőképes anyag, például réz.
- Higetelt köztes anyag, például hab vagy műanyag.
- Részben vezető anyag.
Ugyanakkor nincs szigorú elválasztás. A nyomásérzékelők osztályozása egy adott érzékelő kiválasztásával történik, amely értékeli a vizsgált objektumon belül vagy kívül fellépő feszültséget.
Működési elv
A részben vezető anyag ellenzi az áram áramlását. A lineáris kódoló elve az, hogy az áram áramlását inkább ellentétesnek tekintjük, ha hosszabb az anyag hossza, amelyen az áramnak át kell haladnia. Ennek eredményeként az anyag ellenállása megváltozik azáltal, hogy megváltozik a helyzet, amelyben érintkezésbe kerül egy teljesen vezető tárggyal.
Az automatizálási érzékelők osztályozása teljes mértékben a leírt elven alapul. Itt további erőforrásokat vonnak be speciálisan kifejlesztett szoftverek formájában. Jellemzően a szoftver érintésérzékelőkkel van társítva. Az eszközök megjegyzik az "utolsó érintést", ha az érzékelő le van tiltva. Regisztrálhatják az „első érintést”, amint az érzékelő aktiválódik, és megértik a hozzá kapcsolódó összes jelentést. Ez a művelet hasonló ahhoz, mintha a számítógép egerét az egérpad másik végére mozgatná, hogy a kurzort a képernyő túlsó oldalára vigye.
5. Közelségérzékelő
A modern járművek egyre gyakrabban használják ezt a technológiát. A fény- és érzékelőmodulokat használó elektromos érzékelők osztályozása egyre népszerűbb az autógyártók körében.
A közelségérzékelő érzékeli a szinte teljesen hiányzó tárgyak jelenlététérintkezési pontok. Mivel nincs érintkezés a modulok és az észlelt tárgy között, és nincsenek mechanikus alkatrészek, ezek az eszközök hosszú élettartammal és nagy megbízhatósággal rendelkeznek.
Különböző típusú közelségérzékelők:
- Induktív közelségérzékelők.
- Kapacitív közelségérzékelők.
- Ultrahangos közelségérzékelők.
- Fotoelektromos érzékelők.
- Hall-érzékelők.
Működési elv
A közelségérzékelő elektromágneses vagy elektrosztatikus mezőt vagy elektromágneses sugárzást (például infravörös) bocsát ki, és válaszjelre vagy a tér változására vár. Az észlelt objektum a regisztrációs modul célpontja.
Az érzékelők besorolása működési elv és cél szerint a következő lesz:
- Induktív eszközök: a bemeneten van egy oszcillátor, amely a veszteségellenállást egy elektromosan vezető közeg közelségéhez módosítja. Ezeket az eszközöket előnyben részesítik fémtárgyak számára.
- Kapacitív közelségérzékelők: Ezek átalakítják az elektrosztatikus kapacitás változását az érzékelő elektródák és a test között. Ez akkor fordul elő, ha egy közeli objektumhoz közelítünk, és megváltozik az oszcillációs frekvencia. Egy közeli objektum észleléséhez az oszcillációs frekvenciát egyenfeszültséggé alakítják át, amelyet egy előre meghatározott küszöbértékhez viszonyítanak. Ezeket a lámpatesteket előnyben részesítik műanyag tárgyakhoz.
A mérőberendezések és érzékelők osztályozása nem korlátozódik a fenti leírásra és paraméterekre. Az adventtelúj típusú mérőműszerek, a teljes csoport növekszik. Különféle definíciókat hagytak jóvá az érzékelők és a jelátalakítók megkülönböztetésére. Az érzékelők úgy definiálhatók, mint olyan elemek, amelyek energiát érzékelnek annak érdekében, hogy változatot állítsanak elő az energia azonos vagy eltérő formájában. Az érzékelő a mért értéket a kívánt kimeneti jellé alakítja át az átalakítási elv alapján.
A vett és létrehozott jelek alapján az elv a következő csoportokra osztható: elektromos, mechanikai, termikus, kémiai, sugárzó és mágneses.
6. Ultrahangos érzékelők
Az ultrahangos érzékelő egy tárgy jelenlétének érzékelésére szolgál. Ezt úgy érik el, hogy ultrahanghullámokat bocsátanak ki a készülék fejéből, majd fogadják a visszavert ultrahangjelet a megfelelő tárgyról. Ez segít az objektumok helyzetének, jelenlétének és mozgásának észlelésében.
Mivel az ultrahangos érzékelők érzékelésük során nem a fényre, hanem a hangra támaszkodnak, széles körben használják vízszintmérésben, orvosi szkennelési eljárásokban és az autóiparban. Az ultrahangos hullámok fényvisszaverő érzékelőikkel láthatatlan tárgyakat, például fóliákat, üvegpalackokat, műanyag palackokat és üveglapokat észlelnek.
Működési elv
Az induktív érzékelők besorolása a felhasználási körükön alapul. Itt fontos figyelembe venni a tárgyak fizikai és kémiai tulajdonságait. Az ultrahanghullámok mozgása a közeg alakjától és típusától függően eltérő. Például az ultrahanghullámok egyenesen haladnak át egy homogén közegen, és visszaverődnek, és visszasugároznak a különböző közegek közötti határra. Az emberi test a levegőben jelentős visszaverődést okoz, és könnyen észlelhető.
A technológia a következő elveket használja:
- Többszörös reflexió. Többszörös visszaverődés történik, ha a hullámok többször verődnek vissza az érzékelő és a cél között.
- Limit zone. A minimális érzékelési távolság és a maximális érzékelési távolság állítható. Ezt határzónának hívják.
- Érzékelési zóna. Ez az intervallum az érzékelőfej felülete és a szkennelési távolság beállításával kapott minimális érzékelési távolság között.
Az ezzel a technológiával felszerelt eszközök különféle típusú objektumok beolvasására képesek. Az ultrahangos forrásokat aktívan használják a járművek létrehozásában.
