Klasifikasi penderia dan tujuannya

2024 Pengarang: Aaron Duncan | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 03:53

Penderia ialah peranti kompleks yang sering digunakan untuk mengesan dan bertindak balas kepada isyarat elektrik atau optik. Peranti menukar parameter fizikal (suhu, tekanan darah, kelembapan, kelajuan) kepada isyarat yang boleh diukur oleh peranti.

Klasifikasi penderia dalam kes ini mungkin berbeza. Terdapat beberapa parameter asas untuk pengedaran peranti pengukur, yang akan dibincangkan lebih lanjut. Pada asasnya, perpisahan ini disebabkan oleh tindakan pelbagai kuasa.

Ini mudah dijelaskan menggunakan pengukuran suhu sebagai contoh. Merkuri dalam termometer kaca mengembang dan memampatkan cecair untuk menukar suhu yang diukur, yang boleh dibaca oleh pemerhati daripada tiub kaca yang ditentukur.

Kriteria pemilihan

Terdapat ciri tertentu yang perlu dipertimbangkan semasa mengelaskan penderia. Mereka disenaraikan di bawah:

1. Ketepatan.
2. Keadaan persekitaran - biasanya penderia mempunyai had suhu, kelembapan.
3. Julat - hadukuran sensor.
4. Penentukuran - diperlukan untuk kebanyakan alat pengukur kerana bacaan berubah mengikut masa.
5. Kos.
6. Kebolehulangan - Bacaan berubah-ubah diukur berulang kali dalam persekitaran yang sama.

Pengagihan mengikut kategori

Klasifikasi penderia dibahagikan kepada kategori berikut:

1. Nombor input utama parameter.
2. Prinsip transduksi (menggunakan kesan fizikal dan kimia).
3. Bahan dan teknologi.
4. Destinasi.

Prinsip transduksi ialah kriteria asas yang diikuti untuk pengumpulan maklumat yang berkesan. Biasanya, kriteria logistik dipilih oleh pasukan pembangunan.

Klasifikasi penderia berdasarkan sifat diedarkan seperti berikut:

1. Suhu: termistor, termokopel, termometer rintangan, litar mikro.
2. Tekanan: Gentian Optik, Vakum, Tolok Bendalir Fleksibel, LVDT, Elektronik.
3. Aliran: elektromagnet, tekanan pembezaan, anjakan kedudukan, jisim terma.
4. Penderia tahap: tekanan pembezaan, frekuensi radio ultrasonik, radar, anjakan terma.
5. Kehampiran dan anjakan: LVDT, fotovoltaik, kapasitif, magnet, ultrasonik.
6. Biosensor: cermin resonans, elektrokimia, resonans plasmon permukaan, potensiometrik boleh alamat cahaya.
7. Imej: CCD, CMOS.
8. Gas dan kimia: semikonduktor, inframerah, pengaliran, elektrokimia.
9. Pecutan: giroskop, pecutan.
10. Lain-lain: penderia kelembapan, penderia kelajuan, jisim, penderia kecondongan, daya, kelikatan.

Ini ialah sekumpulan besar subseksyen. Perlu diperhatikan bahawa dengan penemuan teknologi baharu, bahagian tersebut sentiasa diisi semula.

Penugasan klasifikasi penderia berdasarkan arah penggunaan:

1. Kawalan, pengukuran dan automasi proses pengeluaran.
2. Kegunaan bukan industri: penerbangan, peranti perubatan, kereta, elektronik pengguna.

Penderia boleh dikelaskan mengikut keperluan kuasa:

1. Penderia aktif - peranti yang memerlukan kuasa. Contohnya, LiDAR (pengesanan cahaya dan pencari jarak), sel fotokonduktif.
2. Penderia pasif - penderia yang tidak memerlukan kuasa. Contohnya, radiometer, fotografi filem.

Dua bahagian ini termasuk semua peranti yang diketahui sains.

Dalam aplikasi semasa, penetapan klasifikasi penderia boleh dikumpulkan seperti berikut:

1. Accelerometers - berdasarkan teknologi penderia mikroelektromekanikal. Ia digunakan untuk memantau pesakit yang menghidupkan perentak jantung. dan dinamik kenderaan.
2. Biosensor - berasaskan teknologi elektrokimia. Digunakan untuk menguji makanan, peranti perubatan, air dan mengesan patogen biologi berbahaya.
3. Penderia imej - berdasarkan teknologi CMOS. Ia digunakan dalam elektronik pengguna, biometrik, pemantauan lalu lintastrafik dan keselamatan, serta imej komputer.
4. Pengesan gerakan - berdasarkan teknologi inframerah, ultrasonik dan gelombang mikro/radar. Digunakan dalam permainan video dan simulasi, pengaktifan cahaya dan pengesanan keselamatan.

Jenis Penderia

Terdapat juga kumpulan utama. Ia dibahagikan kepada enam kawasan utama:

1. Suhu.
2. Inframerah.
3. Ultraviolet.
4. Penderia.
5. Pendekatan, pergerakan.
6. Ultrasound.

Setiap kumpulan mungkin termasuk subseksyen, jika teknologi itu digunakan sebahagiannya sebagai sebahagian daripada peranti tertentu.

1. Penderia suhu

Ini adalah salah satu kumpulan utama. Klasifikasi penderia suhu menyatukan semua peranti yang mempunyai keupayaan untuk menilai parameter berdasarkan pemanasan atau penyejukan jenis bahan atau bahan tertentu.

Peranti ini mengumpul maklumat suhu daripada sumber dan menukarkannya kepada bentuk yang boleh difahami oleh peralatan atau orang lain. Ilustrasi terbaik bagi penderia suhu ialah merkuri dalam termometer kaca. Merkuri dalam kaca mengembang dan mengecut dengan perubahan suhu. Suhu luar adalah elemen permulaan untuk mengukur penunjuk. Kedudukan merkuri diperhatikan oleh penonton untuk mengukur parameter. Terdapat dua jenis utama penderia suhu:

1. Penderia kenalan. Peranti jenis ini memerlukan sentuhan fizikal terus dengan objek atau pembawa. Mereka berada dalam kawalansuhu pepejal, cecair dan gas pada julat suhu yang luas.
2. Penderia kehampiran. Penderia jenis ini tidak memerlukan sebarang sentuhan fizikal dengan objek atau medium yang diukur. Mereka mengawal pepejal dan cecair bukan reflektif, tetapi tidak berguna untuk gas kerana ketelusan semulajadinya. Instrumen ini menggunakan hukum Planck untuk mengukur suhu. Undang-undang ini melibatkan haba yang dikeluarkan oleh sumber untuk mengukur penanda aras.

Kerja dengan pelbagai peranti

Prinsip operasi dan klasifikasi penderia suhu dibahagikan kepada penggunaan teknologi dalam jenis peralatan lain. Ini boleh menjadi papan pemuka dalam kereta dan unit pengeluaran khas di kedai perindustrian.

1. Termokopel - modul diperbuat daripada dua wayar (masing-masing - daripada aloi atau logam homogen berbeza), yang membentuk peralihan ukuran dengan menyambung pada satu hujung. Unit pengukur ini terbuka kepada elemen yang dikaji. Hujung wayar yang satu lagi berakhir dengan alat pengukur di mana persimpangan rujukan terbentuk. Arus mengalir melalui litar kerana suhu kedua-dua simpang adalah berbeza. Voltan milivolt yang terhasil diukur untuk menentukan suhu di persimpangan.
2. Pengesan Suhu Rintangan (RTD) ialah jenis termistor yang dibuat untuk mengukur rintangan elektrik apabila suhu berubah. Ia lebih mahal daripada peranti pengesan suhu lain.
3. Termistor. Mereka adalah satu lagi jenis perintang haba di mana besarperubahan rintangan adalah berkadar dengan perubahan kecil dalam suhu.

2. Penderia IR

Peranti ini memancarkan atau mengesan sinaran inframerah untuk mengesan fasa tertentu dalam persekitaran. Sebagai peraturan, sinaran haba dipancarkan oleh semua objek dalam spektrum inframerah. Penderia ini mengesan jenis sumber yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia.

Idea asas ialah menggunakan LED inframerah untuk menghantar gelombang cahaya ke objek. Diod IR lain daripada jenis yang sama harus digunakan untuk mengesan gelombang pantulan daripada objek.

Prinsip operasi

Pengkelasan penderia dalam sistem automasi ke arah ini adalah perkara biasa. Ini disebabkan oleh fakta bahawa teknologi memungkinkan untuk menggunakan alat tambahan untuk menilai parameter luaran. Apabila penerima inframerah terdedah kepada cahaya inframerah, perbezaan voltan berkembang merentasi wayar. Sifat elektrik komponen sensor IR boleh digunakan untuk mengukur jarak ke objek. Apabila penerima inframerah terdedah kepada cahaya, perbezaan potensi berlaku pada wayar.

Jika berkenaan:

1. Termografi: Menurut undang-undang sinaran objek, adalah mungkin untuk memerhati persekitaran dengan atau tanpa cahaya yang boleh dilihat menggunakan teknologi ini.
2. Pemanasan: Inframerah boleh digunakan untuk memasak dan memanaskan semula makanan. Mereka boleh mengeluarkan ais dari sayap pesawat. Penukar popular dalam industribidang seperti percetakan, pengacuan plastik dan kimpalan polimer.
3. Spektroskopi: Teknik ini digunakan untuk mengenal pasti molekul dengan menganalisis ikatan konstituen. Teknologi ini menggunakan sinaran cahaya untuk mengkaji sebatian organik.
4. Meteorologi: ukur ketinggian awan, hitung suhu bumi dan permukaan mungkin jika satelit meteorologi dilengkapi dengan radiometer pengimbasan.
5. Photobiomodulation: digunakan untuk kemoterapi pada pesakit kanser. Selain itu, teknologi ini digunakan untuk merawat virus herpes.
6. Klimatologi: memantau pertukaran tenaga antara atmosfera dan bumi.
7. Komunikasi: Laser inframerah memberikan cahaya untuk komunikasi gentian optik. Pelepasan ini juga digunakan untuk komunikasi jarak dekat antara peranti mudah alih dan komputer.

3. Penderia UV

Penderia ini mengukur keamatan atau kuasa sinaran ultraviolet kejadian. Satu bentuk sinaran elektromagnet mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang daripada sinar-X, tetapi masih lebih pendek daripada sinaran yang boleh dilihat.

Bahan aktif yang dikenali sebagai berlian polihabluran digunakan untuk mengukur ultraungu dengan pasti. Instrumen boleh mengesan pelbagai kesan alam sekitar.

Kriteria pemilihan peranti:

1. Julat panjang gelombang dalam nanometer (nm) yang boleh dikesan oleh penderia ultraungu.
2. Suhu operasi.
3. Ketepatan.
4. Berat.
5. Julatkuasa.

Prinsip operasi

Penderia ultraungu menerima satu jenis isyarat tenaga dan menghantar jenis isyarat lain. Untuk memerhati dan merekodkan aliran keluaran ini, ia dihantar ke meter elektrik. Untuk membuat graf dan laporan, bacaan dipindahkan ke penukar analog-ke-digital (ADC) dan kemudian ke komputer dengan perisian.

Digunakan dalam peralatan berikut:

1. Tiub foto UV ialah penderia sensitif sinaran yang memantau rawatan udara UV, rawatan air UV dan pendedahan suria.
2. Penderia cahaya - ukur keamatan pancaran kejadian.
3. Penderia spektrum UV ialah peranti berganding cas (CCD) yang digunakan dalam pengimejan makmal.
4. Pengesan cahaya UV.
5. Pengesan kuman UV.
6. Penderia kestabilan foto.

4. Sensor sentuh

Ini adalah satu lagi kumpulan besar peranti. Klasifikasi penderia tekanan digunakan untuk menilai parameter luaran yang bertanggungjawab terhadap penampilan ciri tambahan di bawah tindakan objek atau bahan tertentu.

Penderia sentuh bertindak seperti perintang berubah mengikut tempat ia disambungkan.

Penderia sentuh terdiri daripada:

1. Bahan konduktif sepenuhnya seperti kuprum.
2. Bahan perantaraan bertebat seperti buih atau plastik.
3. Bahan konduktif separa.

Pada masa yang sama, tiada pemisahan yang ketat. Klasifikasi penderia tekanan diwujudkan dengan memilih penderia khusus, yang menilai voltan yang muncul di dalam atau di luar objek yang dikaji.

Prinsip operasi

Bahan separa konduktif menentang aliran arus. Prinsip pengekod linear ialah aliran arus dianggap lebih bertentangan apabila panjang bahan yang dilalui arus lebih panjang. Akibatnya, rintangan bahan berubah dengan menukar kedudukan di mana ia bersentuhan dengan objek konduktif sepenuhnya.

Klasifikasi penderia automasi adalah berdasarkan sepenuhnya pada prinsip yang diterangkan. Di sini, sumber tambahan terlibat dalam bentuk perisian yang dibangunkan khas. Biasanya, perisian dikaitkan dengan penderia sentuhan. Peranti boleh mengingati "sentuhan terakhir" apabila penderia dilumpuhkan. Mereka boleh mendaftarkan "sentuhan pertama" sebaik sahaja penderia diaktifkan dan memahami semua makna yang berkaitan dengannya. Tindakan ini sama seperti menggerakkan tetikus komputer ke hujung pad tetikus yang satu lagi untuk menggerakkan kursor ke bahagian jauh skrin.

5. Penderia jarak

Semakin lama, kenderaan moden menggunakan teknologi ini. Klasifikasi penderia elektrik menggunakan modul cahaya dan penderia semakin popular dengan pengeluar automotif.

Penderia jarak mengesan kehadiran objek yang hampir tiadatitik perhubungan. Memandangkan tiada sentuhan antara modul dan objek yang dilihat dan tiada bahagian mekanikal, peranti ini mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang dan kebolehpercayaan yang tinggi.

Jenis penderia jarak yang berbeza:

1. Penderia kehampiran induktif.
2. Penderia kehampiran kapasitif.
3. Penderia jarak ultrasonik.
4. Penderia fotoelektrik.
5. Penderia dewan.

Prinsip operasi

Penderia jarak memancarkan medan elektromagnet atau elektrostatik atau pancaran sinaran elektromagnet (seperti inframerah) dan menunggu isyarat tindak balas atau perubahan dalam medan. Objek yang dikesan dikenali sebagai sasaran modul pendaftaran.

Klasifikasi penderia mengikut prinsip operasi dan tujuan adalah seperti berikut:

1. Peranti induktif: terdapat pengayun pada input yang mengubah rintangan kehilangan kepada kedekatan medium pengalir elektrik. Peranti ini lebih disukai untuk objek logam.
2. Penderia Kedekatan Kapasitif: Ini menukarkan perubahan dalam kapasiti elektrostatik antara elektrod pengesanan dan tanah. Ini berlaku apabila menghampiri objek berdekatan dengan perubahan dalam frekuensi ayunan. Untuk mengesan objek berdekatan, frekuensi ayunan ditukar kepada voltan DC, yang dibandingkan dengan ambang yang telah ditetapkan. Lekapan ini lebih disukai untuk objek plastik.

Klasifikasi peralatan dan penderia pengukur tidak terhad kepada perihalan dan parameter di atas. Dengan kedatanganjenis baru alat pengukur, jumlah kumpulan semakin meningkat. Pelbagai definisi telah diluluskan untuk membezakan antara penderia dan transduser. Penderia boleh ditakrifkan sebagai elemen yang merasakan tenaga untuk menghasilkan variasi dalam bentuk tenaga yang sama atau berbeza. Penderia menukar nilai yang diukur kepada isyarat keluaran yang diingini menggunakan prinsip penukaran.

Berdasarkan isyarat yang diterima dan dicipta, prinsip ini boleh dibahagikan kepada kumpulan berikut: elektrik, mekanikal, haba, kimia, sinaran dan magnet.

6. Penderia ultrasonik

Penderia ultrasonik digunakan untuk mengesan kehadiran objek. Ini dicapai dengan memancarkan gelombang ultrasonik dari kepala peranti dan kemudian menerima isyarat ultrasonik yang dipantulkan dari objek yang sepadan. Ini membantu dalam mengesan kedudukan, kehadiran dan pergerakan objek.

Oleh kerana penderia ultrasonik bergantung pada bunyi dan bukannya cahaya untuk pengesanan, ia digunakan secara meluas dalam pengukuran paras air, prosedur pengimbasan perubatan dan dalam industri automotif. Gelombang ultrasonik boleh mengesan objek yang tidak kelihatan seperti lutsinar, botol kaca, botol plastik dan kaca kepingan dengan penderia reflektifnya.

Prinsip operasi

Klasifikasi penderia induktif adalah berdasarkan skop penggunaannya. Di sini adalah penting untuk mengambil kira sifat fizikal dan kimia objek. Pergerakan gelombang ultrasonik berbeza bergantung kepada bentuk dan jenis medium. Sebagai contoh, gelombang ultrasonik bergerak lurus melalui medium homogen dan dipantulkan dan dihantar kembali ke sempadan antara media yang berbeza. Tubuh manusia di udara menyebabkan pantulan yang ketara dan boleh dikesan dengan mudah.

Teknologi ini menggunakan prinsip berikut:

1. Multioreflection. Pantulan berbilang berlaku apabila gelombang dipantulkan lebih daripada sekali antara penderia dan sasaran.
2. Zon had. Jarak penderiaan minimum dan jarak penderiaan maksimum boleh dilaraskan. Ini dipanggil zon had.
3. Zon pengesanan. Ini ialah selang antara permukaan kepala penderia dan jarak pengesanan minimum yang diperoleh dengan melaraskan jarak imbasan.

Peranti yang dilengkapi dengan teknologi ini boleh mengimbas pelbagai jenis objek. Sumber ultrasonik digunakan secara aktif dalam penciptaan kenderaan.