Snímače jsou komplexní zařízení často používaná k detekci a reakci na elektrické nebo optické signály. Zařízení převádí fyzikální parametr (teplotu, krevní tlak, vlhkost, rychlost) na signál, který může zařízení měřit.
Klasifikace senzorů se v tomto případě může lišit. Existuje několik základních parametrů pro rozdělení měřicích zařízení, o kterých bude dále pojednáno. V zásadě je toto oddělení způsobeno působením různých sil.
To lze snadno vysvětlit pomocí měření teploty jako příkladu. Rtuť ve skleněném teploměru expanduje a stlačuje kapalinu za účelem převodu naměřené teploty, kterou může pozorovatel odečíst z kalibrované skleněné trubice.
Kritéria výběru
Při klasifikaci senzoru je třeba vzít v úvahu určité vlastnosti. Jsou uvedeny níže:
- Přesnost.
- Podmínky prostředí – senzory mají obvykle omezení teploty, vlhkosti.
- Rozsah – limitměření senzoru.
- Kalibrace – nutná pro většinu měřicích přístrojů, protože hodnoty se v průběhu času mění.
- Cost.
- Opakovatelnost – Proměnné hodnoty jsou měřeny opakovaně ve stejném prostředí.
Distribuce podle kategorie
Klasifikace senzorů se dělí do následujících kategorií:
- Primární vstupní počet parametrů.
- Principy transdukce (využití fyzikálních a chemických efektů).
- Materiál a technologie.
- Destinace.
Princip transdukce je základním kritériem pro efektivní shromažďování informací. Logistická kritéria obvykle vybírá vývojový tým.
Klasifikace senzorů na základě vlastností je rozdělena následovně:
- Teplota: termistory, termočlánky, odporové teploměry, mikroobvody.
- Tlak: vláknová optika, vakuum, flexibilní kapalinoměry, LVDT, elektronické.
- Tok: elektromagnetický, diferenční tlak, polohový posun, tepelná hmotnost.
- Snímače hladiny: diferenční tlak, ultrazvuková rádiová frekvence, radar, tepelný posun.
- Blízkost a výtlak: LVDT, fotovoltaické, kapacitní, magnetické, ultrazvukové.
- Biosensory: rezonanční zrcadlo, elektrochemické, povrchová plazmonová rezonance, světelně adresovatelné potenciometrické.
- Obrázek: CCD, CMOS.
- Plyn a chemie: polovodičové, infračervené, vodivostní, elektrochemické.
- Zrychlení: gyroskopy, akcelerometry.
- Ostatní: senzor vlhkosti, senzor rychlosti, hmotnost, senzor náklonu, síla, viskozita.
Toto je velká skupina podsekcí. Je pozoruhodné, že s objevem nových technologií jsou sekce neustále doplňovány.
Přiřazení klasifikace senzoru podle směru použití:
- Řízení, měření a automatizace výrobního procesu.
- Neprůmyslové použití: letectví, lékařské přístroje, automobily, spotřební elektronika.
Snímače lze klasifikovat podle požadavků na napájení:
- Aktivní senzor – zařízení, která vyžadují napájení. Například LiDAR (detekce světla a dálkoměr), fotovodivý článek.
- Pasivní senzor – senzory, které nevyžadují napájení. Například radiometry, filmová fotografie.
Tyto dvě sekce zahrnují všechna zařízení známá vědě.
V současných aplikacích lze přiřazení klasifikace senzoru seskupit následovně:
- Akcelerometry – založené na technologii mikroelektromechanických senzorů. Používají se k monitorování pacientů, kteří zapnou kardiostimulátory. a dynamiku vozidla.
- Biosensors – založené na elektrochemické technologii. Používá se k testování potravin, lékařských zařízení, vody a zjišťování nebezpečných biologických patogenů.
- Obrazové snímače – založené na technologii CMOS. Používají se ve spotřební elektronice, biometrii, sledování dopravyprovoz a bezpečnost a také počítačové obrázky.
- Detektory pohybu – založené na infračervené, ultrazvukové a mikrovlnné/radarové technologii. Používá se ve videohrách a simulacích, aktivaci světla a detekci zabezpečení.
Typy senzorů
Existuje také hlavní skupina. Je rozdělena do šesti hlavních oblastí:
- Teplota.
- Infračervené.
- Ultrafialové.
- Senzor.
- Přístup, pohyb.
- Ultrazvuk.
Každá skupina může obsahovat podsekce, pokud je technologie byť jen částečně použita jako součást určitého zařízení.
1. Teplotní senzory
Toto je jedna z hlavních skupin. Klasifikace teplotních senzorů sdružuje všechna zařízení, která mají schopnost vyhodnocovat parametry na základě ohřevu nebo chlazení určitého typu látky nebo materiálu.
Toto zařízení shromažďuje informace o teplotě ze zdroje a převádí je do formy, které ostatní zařízení nebo lidé rozumí. Nejlepší ilustrací teplotního senzoru je rtuť ve skleněném teploměru. Rtuť ve skle se při změnách teploty roztahuje a smršťuje. Výchozím prvkem pro měření indikátoru je venkovní teplota. Pro měření parametru divák sleduje polohu rtuti. Existují dva hlavní typy teplotních senzorů:
- Kontaktní senzory. Tento typ zařízení vyžaduje přímý fyzický kontakt s předmětem nebo nosičem. Jsou pod kontrolouteplota pevných látek, kapalin a plynů v širokém teplotním rozsahu.
- Snímače přiblížení. Tento typ snímače nevyžaduje žádný fyzický kontakt s měřeným objektem nebo médiem. Kontrolují nereflexní pevné látky a kapaliny, ale pro plyny jsou nepoužitelné kvůli jejich přirozené průhlednosti. Tyto přístroje využívají k měření teploty Planckův zákon. Tento zákon se týká tepla emitovaného zdrojem pro měření referenční hodnoty.
Práce s různými zařízeními
Princip činnosti a klasifikace teplotních senzorů se dělí na použití technologie v jiných typech zařízení. Mohou to být přístrojové desky v autě a speciální výrobní jednotky v průmyslové dílně.
- Termočlánek - moduly jsou vyrobeny ze dvou vodičů (každý z různých homogenních slitin nebo kovů), které spojením na jednom konci tvoří měřicí přechod. Tato měřicí jednotka je otevřená studovaným prvkům. Druhý konec drátu končí měřicím zařízením, kde je vytvořen referenční spoj. Proud protéká obvodem, protože teploty dvou přechodů jsou různé. Výsledné milivoltové napětí se měří pro určení teploty na křižovatce.
- Resistance Temperature Detectors (RTD) jsou typy termistorů, které jsou vyrobeny pro měření elektrického odporu při změnách teploty. Jsou dražší než jakákoli jiná zařízení pro detekci teploty.
- Termistory. Jsou dalším typem tepelného odporu, ve kterém je velkýzměna odporu je úměrná malé změně teploty.
2. IR senzor
Toto zařízení vysílá nebo detekuje infračervené záření, aby detekovalo určitou fázi v prostředí. Tepelné záření je zpravidla vyzařováno všemi objekty v infračerveném spektru. Tento senzor detekuje typ zdroje, který není viditelný pro lidské oko.
Základní myšlenkou je použití infračervených LED k přenosu světelných vln do objektu. K detekci odražené vlny od objektu by měla být použita jiná IR dioda stejného typu.
Princip fungování
Klasifikace senzorů v automatizačním systému je v tomto směru běžná. Je to dáno tím, že technologie umožňuje využít další nástroje pro hodnocení vnějších parametrů. Když je infračervený přijímač vystaven infračervenému světlu, vznikne mezi vodiči rozdíl napětí. Elektrické vlastnosti komponent IR senzoru lze využít k měření vzdálenosti k objektu. Když je infračervený přijímač vystaven světlu, mezi vodiči se objeví potenciální rozdíl.
Připadá-li v úvahu:
- Termografie: Podle zákona o záření objektů je možné pomocí této technologie pozorovat prostředí s viditelným světlem i bez něj.
- Ohřev: Infračervené lze použít k vaření a ohřívání jídla. Dokážou odstranit led z křídel letadla. Převodníky jsou oblíbené v průmysluv oblastech jako je tisk, lisování plastů a svařování polymerů.
- Spektroskopie: Tato technika se používá k identifikaci molekul analýzou vazeb složek. Tato technologie využívá světelné záření ke studiu organických sloučenin.
- Meteorologie: měření výšky mraků, výpočet teploty Země a povrchu je možný, pokud jsou meteorologické družice vybaveny skenovacími radiometry.
- Fotobiomodulace: používá se k chemoterapii u pacientů s rakovinou. Kromě toho se tato technologie používá k léčbě herpes viru.
- Klimatologie: sledování výměny energie mezi atmosférou a zemí.
- Komunikace: Infračervený laser poskytuje světlo pro komunikaci pomocí optických vláken. Tyto emise se také používají pro komunikaci na krátkou vzdálenost mezi mobilními a počítačovými periferiemi.
3. UV senzor
Tyto senzory měří intenzitu nebo sílu dopadajícího ultrafialového záření. Forma elektromagnetického záření má delší vlnovou délku než rentgenové záření, ale je stále kratší než viditelné záření.
Aktivní materiál známý jako polykrystalický diamant se používá ke spolehlivému měření ultrafialového záření. Přístroje dokážou detekovat různé dopady na životní prostředí.
Kritéria výběru zařízení:
- Rozsahy vlnových délek v nanometrech (nm), které lze detekovat ultrafialovými senzory.
- Provozní teplota.
- Přesnost.
- Hmotnost.
- Rozsahmoc.
Princip fungování
Ultrafialový senzor přijímá jeden typ energetického signálu a vysílá jiný typ signálu. Pro pozorování a záznam těchto výstupních proudů jsou odesílány do elektroměru. Pro vytvoření grafů a zpráv se naměřené hodnoty přenesou do analogově-digitálního převodníku (ADC) a poté do počítače se softwarem.
Používá se v následujících spotřebičích:
- UV fototrubice jsou senzory citlivé na záření, které monitorují UV úpravu vzduchu, UV úpravu vody a sluneční expozici.
- Světelné senzory – měří intenzitu dopadajícího paprsku.
- Snímače UV spektra jsou nábojově vázaná zařízení (CCD) používaná při laboratorním zobrazování.
- Detektory UV světla.
- UV germicidní detektory.
- Sensory fotostability.
4. Dotykový senzor
Toto je další velká skupina zařízení. Klasifikace tlakových senzorů se používá k posouzení vnějších parametrů odpovědných za výskyt dalších charakteristik při působení určitého předmětu nebo látky.
Dotykový senzor funguje jako proměnný rezistor podle toho, kde je připojen.
Dotykový senzor se skládá z:
- Plně vodivý materiál, jako je měď.
- Izolovaný mezimateriál, jako je pěna nebo plast.
- Částečně vodivý materiál.
Zároveň neexistuje žádné striktní oddělení. Klasifikace tlakových senzorů je stanovena výběrem konkrétního senzoru, který vyhodnocuje vznikající napětí uvnitř nebo vně studovaného objektu.
Princip fungování
Částečně vodivý materiál brání toku proudu. Princip lineárního kodéru spočívá v tom, že tok proudu je považován za opačný, když je délka materiálu, kterým má proud procházet, delší. V důsledku toho se odpor materiálu mění změnou polohy, ve které přichází do kontaktu s plně vodivým předmětem.
Klasifikace automatizačních senzorů je zcela založena na popsaném principu. Zde jsou zapojeny další zdroje ve formě speciálně vyvinutého softwaru. Software je obvykle spojen s dotykovými senzory. Zařízení si mohou pamatovat „poslední dotyk“, když je senzor deaktivován. Dokážou zaregistrovat „první dotek“ihned po aktivaci senzoru a chápat všechny významy s ním spojené. Tato akce je podobná přesunutí počítačové myši na druhý konec podložky a přesunutí kurzoru na vzdálenou stranu obrazovky.
5. Senzor přiblížení
Moderní vozidla tuto technologii stále častěji využívají. Klasifikace elektrických senzorů pomocí světelných a senzorových modulů získává na popularitě u výrobců automobilů.
Snímač přiblížení detekuje přítomnost objektů, které jsou téměř bezkontaktní místa. Protože mezi moduly a vnímaným předmětem není žádný kontakt a žádné mechanické části, mají tato zařízení dlouhou životnost a vysokou spolehlivost.
Různé typy senzorů přiblížení:
- Indukční senzory přiblížení.
- Kapacitní senzory přiblížení.
- Ultrazvukové senzory přiblížení.
- Fotoelektrické senzory.
- Hallovy senzory.
Princip fungování
Snímač přiblížení vysílá elektromagnetické nebo elektrostatické pole nebo paprsek elektromagnetického záření (např. infračervené) a čeká na signál odezvy nebo na změny v poli. Detekovaný objekt je znám jako cíl registračního modulu.
Klasifikace senzorů podle principu činnosti a účelu bude následující:
- Indukční zařízení: na vstupu je oscilátor, který mění ztrátový odpor na blízkost elektricky vodivého média. Tato zařízení jsou preferována pro kovové předměty.
- Kapacitní senzory přiblížení: Převádějí změnu elektrostatické kapacity mezi detekčními elektrodami a zemí. K tomu dochází při přiblížení k blízkému předmětu se změnou frekvence kmitání. Pro detekci blízkého objektu je kmitočet oscilací převeden na stejnosměrné napětí, které je porovnáváno s předem stanovenou prahovou hodnotou. Tato svítidla jsou preferována pro plastové předměty.
Klasifikace měřicích zařízení a senzorů není omezena na výše uvedený popis a parametry. S příchodemnových typů měřicích přístrojů se celková skupina rozrůstá. Pro rozlišení mezi snímači a převodníky byly schváleny různé definice. Senzory lze definovat jako prvek, který snímá energii, aby produkoval variantu ve stejné nebo jiné formě energie. Senzor převádí naměřenou hodnotu na požadovaný výstupní signál pomocí principu převodu.
Na základě přijatých a vytvořených signálů lze princip rozdělit do následujících skupin: elektrický, mechanický, tepelný, chemický, sálavý a magnetický.
6. Ultrazvukové senzory
Ultrazvukový senzor se používá k detekci přítomnosti předmětu. Toho je dosaženo vysíláním ultrazvukových vln z hlavy zařízení a následným příjmem odraženého ultrazvukového signálu od odpovídajícího předmětu. To pomáhá při zjišťování polohy, přítomnosti a pohybu objektů.
Protože ultrazvukové senzory při detekci spoléhají spíše na zvuk než na světlo, jsou široce používány při měření hladiny vody, lékařských skenovacích postupech a v automobilovém průmyslu. Ultrazvukové vlny dokážou svými reflexními senzory detekovat neviditelné předměty, jako jsou fólie, skleněné lahve, plastové lahve a tabulové sklo.
Princip fungování
Klasifikace indukčních snímačů je založena na rozsahu jejich použití. Zde je důležité vzít v úvahu fyzikální a chemické vlastnosti předmětů. Pohyb ultrazvukových vln se liší v závislosti na tvaru a typu média. Například ultrazvukové vlny se šíří přímo homogenním prostředím a odrážejí se a přenášejí zpět na hranici mezi různými médii. Lidské tělo ve vzduchu způsobuje výrazný odraz a lze jej snadno detekovat.
Technologie využívá následující principy:
- Multireflexe. Vícenásobný odraz nastane, když se vlny odrážejí více než jednou mezi senzorem a cílem.
- Omezená zóna. Minimální snímací vzdálenost a maximální snímací vzdálenost lze nastavit. Tomu se říká limitní zóna.
- Zóna detekce. Toto je interval mezi povrchem hlavy senzoru a minimální detekční vzdáleností získanou úpravou snímací vzdálenosti.
Zařízení vybavená touto technologií mohou skenovat různé typy objektů. Ultrazvukové zdroje se aktivně používají při výrobě vozidel.
