Сензорите са сложни устройства, често използвани за откриване и реагиране на електрически или оптични сигнали. Устройството преобразува физически параметър (температура, кръвно налягане, влажност, скорост) в сигнал, който може да бъде измерен от устройството.
Класификацията на сензорите в този случай може да е различна. Има няколко основни параметъра за разпределението на измервателните уреди, които ще бъдат обсъдени по-нататък. По принцип това разделяне се дължи на действието на различни сили.
Това е лесно за обяснение с помощта на измерване на температурата като пример. Живакът в стъклен термометър разширява и компресира течността, за да преобразува измерената температура, която може да бъде отчетена от наблюдател от калибрирана стъклена тръба.
Критерии за подбор
Има определени характеристики, които трябва да имате предвид, когато класифицирате сензор. Те са изброени по-долу:
- Точност.
- Условия на околната среда - обикновено сензорите имат ограничения в температурата, влажността.
- Обхват - ограничениеизмервания на сензора.
- Калибриране - изисква се за повечето измервателни уреди, тъй като показанията се променят с течение на времето.
- Цена.
- Повторяемост - Променливите показания се измерват многократно в една и съща среда.
Разпределение по категории
Класификациите на сензорите са разделени в следните категории:
- Основно въведен брой параметри.
- Принципи на трансдукция (използвайки физични и химични ефекти).
- Материал и технология.
- Дестинация.
Принципът на трансдукция е основен критерий, следван за ефективно събиране на информация. Обикновено логистичните критерии се избират от екипа за разработка.
Класификацията на сензорите въз основа на свойствата се разпределя, както следва:
- Температура: термистори, термодвойки, термометри за съпротивление, микросхеми.
- Налягане: оптични, вакуумни, гъвкави измервателни уреди за течности, LVDT, електронни.
- Поток: електромагнитен, диференциално налягане, позиционно изместване, топлинна маса.
- Сензори за ниво: диференциално налягане, ултразвукова радиочестота, радар, термично изместване.
- Близост и изместване: LVDT, фотоволтаичен, капацитивен, магнитен, ултразвуков.
- Биосензори: резонансно огледало, електрохимично, повърхностен плазмонен резонанс, потенциометрично адресиране на светлина.
- Изображение: CCD, CMOS.
- Газ и химия: полупроводникови, инфрачервени, проводимост, електрохимични.
- Ускорение: жироскопи, акселерометри.
- Други: сензор за влажност, сензор за скорост, маса, сензор за наклон, сила, вискозитет.
Това е голяма група от подраздели. Прави впечатление, че с откриването на нови технологии секциите непрекъснато се попълват.
Присвояване на класификация на сензора въз основа на посоката на употреба:
- Контрол, измерване и автоматизация на производствения процес.
- Неиндустриална употреба: авиация, медицински устройства, автомобили, потребителска електроника.
Сензорите могат да бъдат класифицирани според изискванията за мощност:
- Активен сензор - устройства, които изискват захранване. Например LiDAR (откриване на светлина и далекомер), фотопроводима клетка.
- Пасивен сензор - сензори, които не изискват захранване. Например радиометри, филмова фотография.
Тези две секции включват всички устройства, известни на науката.
В текущите приложения присвояването на класификацията на сензора може да бъде групирано, както следва:
- Акселерометри - базирани на микроелектромеханична сензорна технология. Използват се за наблюдение на пациенти, които включват пейсмейкъри. и динамика на превозното средство.
- Биосензори - базирани на електрохимична технология. Използва се за тестване на храни, медицински изделия, вода и откриване на опасни биологични патогени.
- Сензори за изображения - базирани на CMOS технология. Използват се в потребителска електроника, биометрия, наблюдение на трафикатрафик и сигурност, както и компютърни изображения.
- Детектори за движение - базирани на инфрачервени, ултразвукови и микровълнови/радарни технологии. Използва се във видеоигри и симулации, активиране на светлина и откриване на сигурност.
Типове сензори
Има и основна група. Разделен е на шест основни области:
- Температура.
- Инфрачервен.
- Ултравиолетово.
- Сензор.
- Приближаване, движение.
- Ултразвук.
Всяка група може да включва подраздели, ако технологията се използва дори частично като част от конкретно устройство.
1. Температурни сензори
Това е една от основните групи. Класификацията на температурните сензори обединява всички устройства, които имат способността да оценяват параметри въз основа на нагряването или охлаждането на определен вид вещество или материал.
Това устройство събира информация за температурата от източник и я преобразува във форма, която друго оборудване или хора могат да разберат. Най-добрата илюстрация на температурен сензор е живак в стъклен термометър. Живакът в стъклото се разширява и свива с промени в температурата. Външната температура е началният елемент за измерване на индикатора. Позицията на живака се наблюдава от зрителя за измерване на параметъра. Има два основни типа температурни сензори:
- Контактни сензори. Този тип устройство изисква директен физически контакт с обекта или носителя. Те са под контролтемпература на твърди вещества, течности и газове в широк температурен диапазон.
- Сензори за близост. Този тип сензор не изисква никакъв физически контакт с измервания обект или среда. Те контролират неотразяващите твърди вещества и течности, но са безполезни за газове поради естествената си прозрачност. Тези инструменти използват закона на Планк за измерване на температурата. Този закон се отнася до топлината, излъчвана от източника за измерване на еталон.
Работа с различни устройства
Принципът на действие и класификацията на температурните сензори са разделени на използване на технологии в други видове оборудване. Това могат да бъдат арматурни табла в автомобил и специални производствени единици в индустриален цех.
- Термодвойка - модулите са изработени от два проводника (всеки - от различни хомогенни сплави или метали), които образуват измервателен преход чрез свързване в единия край. Тази мерна единица е отворена за изследваните елементи. Другият край на проводника завършва с измервателно устройство, където се образува еталонен възел. Токът протича през веригата, тъй като температурите на двата кръстовища са различни. Полученото миливолтово напрежение се измерва, за да се определи температурата на кръстовището.
- Резистентните температурни детектори (RTD) са видове термистори, които са направени за измерване на електрическо съпротивление при температурни промени. Те са по-скъпи от всички други устройства за откриване на температура.
- Термистори. Те са друг вид терморезистори, в които голямпромяната в съпротивлението е пропорционална на малка промяна в температурата.
2. IR сензор
Това устройство излъчва или открива инфрачервено лъчение, за да открие конкретна фаза в околната среда. По правило топлинното излъчване се излъчва от всички обекти в инфрачервения спектър. Този сензор открива вида на източника, който не се вижда от човешкото око.
Основната идея е да се използват инфрачервени светодиоди за предаване на светлинни вълни към обект. Друг IR диод от същия тип трябва да се използва за откриване на отразената вълна от обекта.
Принцип на действие
Класификацията на сензорите в системата за автоматизация в тази посока е често срещана. Това се дължи на факта, че технологията дава възможност да се използват допълнителни инструменти за оценка на външни параметри. Когато инфрачервеният приемник е изложен на инфрачервена светлина, в проводниците се развива разлика в напрежението. Електрическите свойства на компонентите на IR сензора могат да се използват за измерване на разстоянието до обект. Когато инфрачервен приемник е изложен на светлина, възниква потенциална разлика в проводниците.
Когато е приложимо:
- Термография: Съгласно закона за излъчване на обекти, е възможно да се наблюдава околната среда със или без видима светлина с помощта на тази технология.
- Отопление: Инфрачервеното може да се използва за готвене и претопляне на храна. Те могат да премахват леда от крилата на самолета. Преобразувателите са популярни в промишленосттаобласти като печат, пластмасово формоване и полимерно заваряване.
- Спектроскопия: Тази техника се използва за идентифициране на молекули чрез анализиране на съставните връзки. Технологията използва светлинно излъчване за изследване на органични съединения.
- Метеорология: измерване на височината на облаците, изчисляване на температурата на земята и повърхността е възможно, ако метеорологичните спътници са оборудвани със сканиращи радиометри.
- Фотобиомодулация: използва се за химиотерапия при пациенти с рак. Освен това технологията се използва за лечение на херпес вирус.
- Климатология: наблюдение на обмена на енергия между атмосферата и земята.
- Комуникация: Инфрачервен лазер осигурява светлина за комуникация с оптични влакна. Тези емисии се използват и за комуникация на къси разстояния между мобилни и компютърни периферни устройства.
3. UV сензор
Тези сензори измерват интензитета или мощността на падащото ултравиолетово лъчение. Форма на електромагнитно лъчение има по-голяма дължина на вълната от рентгеновите лъчи, но все пак е по-къса от видимата радиация.
За надеждно измерване на ултравиолетовите лъчи се използва активен материал, известен като поликристален диамант. Инструментите могат да откриват различни въздействия върху околната среда.
Критерии за избор на устройство:
- Обхвати на дължината на вълната в нанометри (nm), които могат да бъдат открити от ултравиолетовите сензори.
- Работна температура.
- Точност.
- Тегло.
- Обхватмощност.
Принцип на действие
Ултравиолетов сензор получава един тип енергиен сигнал и предава друг тип сигнал. За да се наблюдават и записват тези изходни потоци, те се изпращат до електромер. За създаване на графики и отчети, показанията се прехвърлят към аналогово-цифров преобразувател (ADC) и след това към компютър със софтуер.
Използва се в следните уреди:
- UV фототръбите са чувствителни на радиация сензори, които наблюдават UV обработката на въздуха, UV обработката на водата и слънчевата експозиция.
- Светлинни сензори - измерват интензитета на падащия лъч.
- Ултравиолетовите спектър сензори са устройства със зареждане (CCD), използвани в лабораторните изображения.
- Ултравиолетови детектори за светлина.
- UV бактерицидни детектори.
- Сензори за фотостабилност.
4. Сензор за докосване
Това е друга голяма група устройства. Класификацията на сензорите за налягане се използва за оценка на външните параметри, отговорни за появата на допълнителни характеристики под действието на определен обект или вещество.
Сензорът за докосване действа като променлив резистор в зависимост от това къде е свързан.
Сензорът за докосване се състои от:
- Напълно проводим материал като мед.
- Изолиран междинен материал като пяна или пластмаса.
- Частично проводим материал.
В същото време няма строго разделяне. Класификацията на сензорите за налягане се установява чрез избор на конкретен сензор, който оценява възникващото напрежение вътре или извън изследвания обект.
Принцип на действие
Частично проводимият материал се противопоставя на потока на тока. Принципът на линейния енкодер е, че потокът на тока се счита за по-противоположен, когато дължината на материала, през който трябва да премине токът, е по-дълга. В резултат на това съпротивлението на материала се променя чрез промяна на позицията, в която влиза в контакт с напълно проводим обект.
Класификацията на сензорите за автоматизация се основава изцяло на описания принцип. Тук се включват допълнителни ресурси под формата на специално разработен софтуер. Обикновено софтуерът е свързан със сензори за докосване. Устройствата могат да запомнят „последно докосване“, когато сензорът е деактивиран. Те могат да регистрират „първото докосване“веднага щом сензорът се активира и да разберат всички значения, свързани с него. Това действие е подобно на преместване на компютърна мишка до другия край на подложката на мишката, за да преместите курсора в далечната страна на екрана.
5. Сензор за близост
Все по-често съвременните превозни средства използват тази технология. Класификацията на електрическите сензори, използващи светлинни и сензорни модули, набира популярност сред производителите на автомобили.
Сензорът за близост открива наличието на обекти, които са почти без никаквидопирни точки. Тъй като няма контакт между модулите и възприемания обект и няма механични части, тези устройства имат дълъг експлоатационен живот и висока надеждност.
Различни типове сензори за близост:
- Индуктивни сензори за близост.
- Капацитивни сензори за близост.
- Ултразвукови сензори за близост.
- Фотоелектрически сензори.
- Сензори за зала.
Принцип на действие
Сензорът за близост излъчва електромагнитно или електростатично поле или лъч от електромагнитно излъчване (като инфрачервено) и чака сигнал за отговор или промени в полето. Откритият обект е известен като целта на модула за регистрация.
Класификацията на сензорите според принципа на действие и предназначение ще бъде както следва:
- Индуктивни устройства: на входа има осцилатор, който променя съпротивлението на загуби до близостта на електропроводима среда. Тези устройства са предпочитани за метални предмети.
- Капацитивни сензори за близост: Те преобразуват промяната в електростатичния капацитет между електродите за откриване и земята. Това се случва при приближаване на близък обект с промяна в честотата на трептене. За да се открие близък обект, честотата на трептене се преобразува в постоянно напрежение, което се сравнява с предварително определен праг. Тези приспособления са предпочитани за пластмасови предмети.
Класификацията на измервателното оборудване и сензорите не се ограничава до горното описание и параметри. С настъпванетонови видове измервателни уреди, общата група се увеличава. Одобрени са различни дефиниции за разграничаване между сензори и преобразуватели. Сензорите могат да бъдат определени като елемент, който усеща енергия, за да произведе вариант в същата или различна форма на енергия. Сензорът преобразува измерената стойност в желания изходен сигнал, използвайки принципа на преобразуване.
Въз основа на получените и създадени сигнали принципът може да бъде разделен на следните групи: електрически, механични, термични, химически, лъчисти и магнитни.
6. Ултразвукови сензори
Ултразвуковият сензор се използва за откриване на наличието на обект. Това се постига чрез излъчване на ултразвукови вълни от главата на устройството и след това получаване на отразения ултразвуков сигнал от съответния обект. Това помага за откриване на позицията, присъствието и движението на обекти.
Тъй като ултразвуковите сензори разчитат на звук, а не на светлина за откриване, те се използват широко при измерване на нивото на водата, процедури за медицинско сканиране и в автомобилната индустрия. Ултразвуковите вълни могат да откриват невидими обекти като прозрачно фолио, стъклени бутилки, пластмасови бутилки и листово стъкло с техните отразяващи сензори.
Принцип на действие
Класификацията на индуктивните сензори се основава на обхвата на тяхното използване. Тук е важно да се вземат предвид физичните и химичните свойства на обектите. Движението на ултразвуковите вълни се различава в зависимост от формата и вида на средата. Например, ултразвуковите вълни се движат направо през хомогенна среда и се отразяват и предават обратно до границата между различните среди. Човешкото тяло във въздуха причинява значително отражение и може лесно да бъде открито.
Технологията използва следните принципи:
- Многоотражение. Многократно отражение възниква, когато вълните се отразяват повече от веднъж между сензора и целта.
- Лимит зона. Минималното и максималното разстояние на засичане могат да се регулират. Това се нарича гранична зона.
- Зона за откриване. Това е интервалът между повърхността на сензорната глава и минималното разстояние на откриване, получено чрез регулиране на разстоянието на сканиране.
Устройствата, оборудвани с тази технология, могат да сканират различни видове обекти. Ултразвуковите източници се използват активно при създаването на превозни средства.
