Сенсорлар – электрлік немесе оптикалық сигналдарды анықтау және оларға жауап беру үшін жиі қолданылатын күрделі құрылғылар. Құрылғы физикалық параметрді (температура, қан қысымы, ылғалдылық, жылдамдық) құрылғымен өлшенетін сигналға түрлендіреді.
Бұл жағдайда сенсорлардың классификациясы басқаша болуы мүмкін. Өлшеу құрылғыларын бөлудің бірнеше негізгі параметрлері бар, олар әрі қарай талқыланады. Негізінде бұл бөліну әртүрлі күштердің әрекетіне байланысты.
Мысал ретінде температураны өлшеуді қолдану арқылы түсіндіру оңай. Шыны термометрдегі сынап өлшенген температураны түрлендіру үшін сұйықтықты кеңейтеді және қысады, оны бақылаушы калибрленген шыны түтіктен оқи алады.
Таңдау критерийлері
Сенсорды жіктеу кезінде ескеру қажет кейбір мүмкіндіктер бар. Олар төменде берілген:
- Дәлдік.
- Қоршаған орта жағдайлары - әдетте сенсорларда температурада, ылғалдылықта шектеулер болады.
- Ауқым - шектеусенсор өлшемдері.
- Калибрлеу - уақыт өте келе көрсеткіштер өзгеретіндіктен көптеген өлшеу құралдары үшін қажет.
- Құны.
- Қайталану мүмкіндігі - айнымалы көрсеткіштер бір ортада қайта-қайта өлшенеді.
Санат бойынша бөлу
Сенсор классификациялары келесі санаттарға бөлінеді:
- Параметрлердің негізгі кіріс саны.
- Трансдукция принциптері (физикалық және химиялық әсерлерді қолдану).
- Материал және технология.
- Баратын жер.
Трансдукция принципі тиімді ақпарат жинаудың негізгі критерийі болып табылады. Әдетте, логистикалық критерийлерді әзірлеушілер тобы таңдайды.
Сипаттар негізінде сенсорлардың классификациясы келесідей бөлінеді:
- Температура: термисторлар, термопарлар, қарсылық термометрлері, микросұлбалар.
- Қысым: талшықты-оптикалық, вакуумдық, икемді сұйықтық өлшеуіштері, LVDT, электронды.
- Ағын: электромагниттік, дифференциалдық қысым, позициялық орын ауыстыру, жылулық масса.
- Деңгей датчиктер: дифференциалды қысым, ультрадыбыстық радиожиілік, радар, термиялық орын ауыстыру.
- Жақындық және орын ауыстыру: LVDT, фотоэлектрлік, сыйымдылық, магниттік, ультрадыбыстық.
- Биосенсорлар: резонанстық айна, электрохимиялық, беттік плазмонды резонанс, жарықпен адрестелетін потенциометриялық.
- Сурет: CCD, CMOS.
- Газ және химия: жартылай өткізгіш, инфрақызыл, өткізгіштік, электрохимиялық.
- Үлдету: гироскоптар, акселерометрлер.
- Басқалар: ылғалдылық сенсоры, жылдамдық датчигі, масса, көлбеу сенсоры, күш, тұтқырлық.
Бұл кіші бөлімдердің үлкен тобы. Бір қызығы, жаңа технологиялардың ашылуымен бөлімдер үнемі толықтырылып отырады.
Қолдану бағытына байланысты сенсор классификациясын тағайындау:
- Өндіріс процесін бақылау, өлшеу және автоматтандыру.
- Өндірістік емес пайдалану: авиация, медициналық құрылғылар, автомобильдер, тұрмыстық электроника.
Сенсорларды қуат талаптарына сәйкес жіктеуге болады:
- Белсенді сенсор - қуатты қажет ететін құрылғылар. Мысалы, LiDAR (жарықты анықтау және қашықтық өлшегіш), фотоөткізгіш ұяшық.
- Пассивті сенсор - қуатты қажет етпейтін сенсорлар. Мысалы, радиометрлер, кинофотосуретке түсіру.
Бұл екі бөлім ғылымға белгілі барлық құрылғыларды қамтиды.
Ағымдағы қолданбаларда сенсор классификациясын тағайындауды келесідей топтастыруға болады:
- Акселерометрлер - микроэлектромеханикалық сенсор технологиясына негізделген. Олар кардиостимуляторларды қосқан науқастарды бақылау үшін қолданылады. және көлік динамикасы.
- Биосенсорлар - электрохимиялық технологияға негізделген. Тамақты, медициналық құрылғыларды, суды сынау және қауіпті биологиялық патогендерді анықтау үшін қолданылады.
- Сурет сенсорлары - CMOS технологиясына негізделген. Олар тұрмыстық электроникада, биометрияда, жол қозғалысын бақылауда қолданыладытрафик пен қауіпсіздік, сондай-ақ компьютер кескіндері.
- Қозғалыс детекторлары - инфрақызыл, ультрадыбыстық және микротолқынды/радар технологияларына негізделген. Бейне ойындарында және модельдеуде, жарықты белсендіруде және қауіпсіздікті анықтауда қолданылады.
Сенсор түрлері
Сонымен қатар негізгі топ бар. Ол алты негізгі аймаққа бөлінеді:
- Температура.
- Инфрақызыл.
- Ультракүлгін.
- Сенсор.
- Тақындау, қозғалыс.
- Ультрадыбыстық.
Технология тіпті белгілі бір құрылғының бөлігі ретінде ішінара пайдаланылса, әрбір топ бөлімдерді қамтуы мүмкін.
1. Температура сенсорлары
Бұл негізгі топтардың бірі. Температура сенсорларының классификациясы заттың немесе материалдың белгілі бір түрін қыздыру немесе салқындату негізінде параметрлерді бағалау мүмкіндігі бар барлық құрылғыларды біріктіреді.
Бұл құрылғы көзден температура туралы ақпаратты жинайды және оны басқа жабдық немесе адамдар түсінетін пішінге түрлендіреді. Температура сенсорының ең жақсы суреті - шыны термометрдегі сынап. Шыныдағы сынап температураның өзгеруіне байланысты кеңейіп, жиырылады. Сыртқы температура индикаторды өлшеуге арналған бастапқы элемент болып табылады. Көрермен параметрді өлшеу үшін сынаптың орнын бақылайды. Температура сенсорларының екі негізгі түрі бар:
- Байланыс сенсорлары. Құрылғының бұл түрі объектімен немесе тасымалдаушымен тікелей физикалық жанасуды қажет етеді. Олар бақылаудакең температура диапазонындағы қатты заттардың, сұйықтардың және газдардың температурасы.
- Жақындық сенсорлары. Датчиктің бұл түрі өлшенетін нысанмен немесе ортамен физикалық жанасуды қажет етпейді. Олар шағылыстырмайтын қатты заттар мен сұйықтықтарды басқарады, бірақ табиғи мөлдірлігіне байланысты газдар үшін пайдасыз. Бұл аспаптар температураны өлшеу үшін Планк заңын пайдаланады. Бұл заң эталонды өлшеу үшін көзден бөлінетін жылуға қатысты.
Әртүрлі құрылғылармен жұмыс
Температура датчиктерінің жұмыс істеу принципі мен жіктелуі техниканың басқа түрлерінде технологияны пайдалану болып бөлінеді. Бұл көліктегі бақылау тақталары және өнеркәсіптік цехтағы арнайы өндірістік блоктар болуы мүмкін.
- Термопар - модульдер екі сымнан (әрқайсысы - әртүрлі біртекті қорытпалардан немесе металдардан) жасалған, олар бір ұшын қосу арқылы өлшеу өтпесін құрайды. Бұл өлшем бірлігі зерттелетін элементтер үшін ашық. Сымның екінші ұшы өлшеу құрылғысымен аяқталады, онда эталондық түйін пайда болады. Ток тізбек арқылы өтеді, өйткені екі түйіспенің температурасы әртүрлі. Алынған милливольт кернеуі түйіспедегі температураны анықтау үшін өлшенеді.
- Температура кедергісі детекторлары (RTD) температураның өзгеруі кезінде электр кедергісін өлшеу үшін жасалған термисторлардың түрлері. Олар басқа температураны анықтау құрылғыларына қарағанда қымбатырақ.
- Термисторлар. Олар термиялық резистордың тағы бір түрі, онда үлкенкедергінің өзгеруі температураның шамалы өзгеруіне пропорционал.
2. IR сенсоры
Бұл құрылғы қоршаған ортадағы белгілі бір фазаны анықтау үшін инфрақызыл сәулеленуді шығарады немесе анықтайды. Әдетте, жылулық сәулеленуді инфрақызыл спектрдегі барлық объектілер шығарады. Бұл сенсор адам көзіне көрінбейтін көз түрін анықтайды.
Негізгі идея - объектіге жарық толқындарын беру үшін инфрақызыл жарықдиодты шамдарды пайдалану. Нысаннан шағылысқан толқынды анықтау үшін сол түрдегі басқа инфрақызыл диодты пайдалану керек.
Жұмыс принципі
Осы бағытта автоматтандыру жүйесіндегі датчиктердің классификациясы жиі кездеседі. Бұл технология сыртқы параметрлерді бағалау үшін қосымша құралдарды пайдалануға мүмкіндік беретініне байланысты. Инфрақызыл қабылдағышқа инфрақызыл сәуле әсер еткенде, сымдарда кернеу айырмашылығы пайда болады. ИҚ сенсорының құрамдас бөліктерінің электрлік қасиеттерін нысанға дейінгі қашықтықты өлшеу үшін пайдалануға болады. Инфрақызыл қабылдағышқа жарық әсер еткенде, сымдар арасында әлеуетті айырмашылық пайда болады.
Қолданылатын жерде:
- Термография: Нысандардың сәулелену заңына сәйкес, бұл технологияның көмегімен қоршаған ортаны көрінетін жарықпен немесе жарықсыз бақылауға болады.
- Қызу: Инфрақызылды тағамды пісіру және қыздыру үшін пайдалануға болады. Олар ұшақтың қанатындағы мұзды алып тастай алады. Конвертер өнеркәсіпте танымалбасып шығару, пластикалық қалыптау және полимерлі дәнекерлеу сияқты өрістер.
- Спектроскопия: Бұл әдіс құрамдас байланыстарды талдау арқылы молекулаларды анықтау үшін қолданылады. Технология органикалық қосылыстарды зерттеу үшін жарық сәулесін пайдаланады.
- Метеорология: бұлттардың биіктігін өлшеңіз, жердің және жердің температурасын есептеңіз, егер метеорологиялық спутниктер сканерлеуші радиометрлермен жабдықталған болса мүмкін.
- Фотобиомодуляция: онкологиялық науқастарда химиотерапия үшін қолданылады. Оған қоса, бұл технология герпес вирусын емдеу үшін қолданылуда.
- Климатология: атмосфера мен жер арасындағы энергия алмасуды бақылау.
- Байланыс: инфрақызыл лазер оптикалық талшықты байланыс үшін жарық береді. Бұл шығарындылар мобильді және компьютердің перифериялық құрылғылары арасындағы қысқа қашықтықтағы байланыс үшін де пайдаланылады.
3. УК сенсоры
Бұл сенсорлар түсетін ультракүлгін сәулеленудің қарқындылығын немесе қуатын өлшейді. Электромагниттік сәулелену түрінің толқын ұзындығы рентген сәулелерінен ұзағырақ, бірақ көрінетін сәулеленуден әлі де қысқа.
Ультракүлгін сәулені сенімді өлшеу үшін поликристалды гауһар ретінде белгілі белсенді материал пайдаланылады. Құралдар әртүрлі қоршаған ортаға әсерді анықтай алады.
Құрылғы таңдау критерийлері:
- Ультракүлгін сенсорлармен анықталатын нанометрдегі (нм) толқын ұзындығы диапазоны.
- Жұмыс температурасы.
- Дәлдік.
- Салмақ.
- Ауқымқуат.
Жұмыс принципі
Ультракүлгін сенсор энергия сигналының бір түрін қабылдап, сигналдың басқа түрін жібереді. Бұл шығыс ағындарын бақылау және тіркеу үшін олар электр есептегішке жіберіледі. Графиктер мен есептерді жасау үшін көрсеткіштер аналогты-цифрлық түрлендіргішке (ADC), содан кейін бағдарламалық жасақтамасы бар компьютерге тасымалданады.
Келесі құрылғыларда қолданылады:
- Ультракүлгін фототүтіктер – ультракүлгін сәулелермен ауаны өңдеуді, суды ультракүлгін сәулемен өңдеуді және күн сәулесінің әсерін бақылайтын радиацияға сезімтал сенсорлар.
- Жарық сенсорлары - түскен сәуленің қарқындылығын өлшеңіз.
- УК-спектрінің сенсорлары – зертханалық бейнелеуде қолданылатын зарядпен байланыстырылған құрылғылар (CCD).
- УК сәуле детекторлары.
- УК-микроцидтік детекторлар.
- Фототұрақтылық сенсорлары.
4. Сенсор
Бұл құрылғылардың тағы бір үлкен тобы. Қысым сенсорларының классификациясы белгілі бір заттың немесе заттың әсерінен қосымша сипаттамалардың пайда болуына жауапты сыртқы параметрлерді бағалау үшін қолданылады.
Сенсорлық сенсор қосылған жеріне қарай айнымалы резистор сияқты әрекет етеді.
Сенсорлық сенсор мыналардан тұрады:
- Мыс сияқты толық өткізгіш материал.
- Көбік немесе пластик сияқты оқшауланған аралық материал.
- Жартылай өткізгіш материал.
Сонымен қатар, қатаң бөлу жоқ. Қысым сенсорларының классификациясы зерттелетін объектінің ішінде немесе сыртында пайда болатын кернеуді бағалайтын арнайы сенсорды таңдау арқылы белгіленеді.
Жұмыс принципі
Жартылай өткізгіш материал ток ағынына қарсы тұрады. Сызықтық кодтаудың принципі мынада: ток өтетін материалдың ұзындығы ұзағырақ болған кезде ток ағыны керісінше болып саналады. Нәтижесінде материалдың кедергісі оның толық өткізгіш затпен жанасу орнын өзгерту арқылы өзгереді.
Автоматтандыру сенсорларының классификациясы толығымен сипатталған принципке негізделген. Мұнда арнайы әзірленген бағдарламалық құрал түрінде қосымша ресурстар тартылады. Әдетте, бағдарламалық қамтамасыз ету сенсорлық сенсорлармен байланысты. Сенсор өшірілген кезде құрылғылар «соңғы түртуді» есте сақтай алады. Олар сенсор іске қосылғаннан кейін «алғашқы түртуді» тіркей алады және онымен байланысты барлық мағыналарды түсінеді. Бұл әрекет курсорды экранның алыс жағына жылжыту үшін компьютер тінтуірін тінтуір тақтасының екінші ұшына жылжытуға ұқсас.
5. Жақындық сенсоры
Қазіргі заманғы көліктер бұл технологияны көбірек пайдаланады. Жарық және сенсор модульдерін пайдаланатын электр датчиктерінің классификациясы автомобиль өндірушілері арасында танымал болуда.
Жақындық сенсоры жоқ дерлік нысандардың бар-жоғын анықтайдыбайланыс нүктелері. Модульдер мен қабылданатын нысан арасында байланыс және механикалық бөліктер болмағандықтан, бұл құрылғылардың қызмет ету мерзімі ұзақ және сенімділігі жоғары.
Жақындық сенсорларының әртүрлі түрлері:
- Индуктивті жақындық сенсорлары.
- Сыйымдылық жақындық сенсорлары.
- Ультрадыбыстық жақындық сенсорлары.
- Фотоэлектрлік сенсорлар.
- Холл сенсорлары.
Жұмыс принципі
Жақындық сенсоры электромагниттік немесе электростатикалық өрісті немесе электромагниттік сәулелену шоғын (мысалы, инфрақызыл) шығарады және жауап сигналын немесе өрістегі өзгерістерді күтеді. Анықталған нысан тіркеу модулінің мақсаты ретінде белгілі.
Датчиктердің жұмыс принципі мен мақсатына қарай жіктелуі келесідей болады:
- Индуктивті құрылғылар: кірісте электр өткізгіш ортаның жақындығына жоғалту кедергісін өзгертетін осциллятор бар. Бұл құрылғылар металл заттарға арналған.
- Сыйымдылық жақындық сенсорлары: олар анықтау электродтары мен жер арасындағы электростатикалық сыйымдылықтың өзгеруін түрлендіреді. Бұл тербеліс жиілігінің өзгеруімен жақын орналасқан объектіге жақындаған кезде орын алады. Жақын жерде орналасқан объектіні анықтау үшін тербеліс жиілігі тұрақты ток кернеуіне түрлендіріледі, ол алдын ала белгіленген шекпен салыстырылады. Бұл құрылғылар пластиктен жасалған заттар үшін қолайлы.
Өлшеу жабдықтары мен датчиктер классификациясы жоғарыда келтірілген сипаттамалар мен параметрлермен шектелмейді. Келуіменөлшеу құралдарының жаңа түрлері, жалпы тобы көбейіп келеді. Сенсорлар мен түрлендіргіштерді ажырату үшін әртүрлі анықтамалар бекітілген. Датчиктерді энергияның бірдей немесе басқа түрінде нұсқаны шығару үшін энергияны сезетін элемент ретінде анықтауға болады. Датчик түрлендіру принципі арқылы өлшенген мәнді қажетті шығыс сигналына түрлендіреді.
Алынған және жасалған сигналдар негізінде принципті келесі топтарға бөлуге болады: электрлік, механикалық, жылулық, химиялық, сәулелік және магниттік.
6. Ультрадыбыстық сенсорлар
Ультрадыбыстық сенсор нысанның бар-жоғын анықтау үшін пайдаланылады. Бұл құрылғының басынан ультрадыбыстық толқындарды шығару, содан кейін сәйкес объектіден шағылысқан ультрадыбыстық сигналды алу арқылы қол жеткізіледі. Бұл нысандардың орнын, барын және қозғалысын анықтауға көмектеседі.
Ультрадыбыстық сенсорлар анықтау үшін жарыққа емес, дыбысқа негізделгендіктен, олар су деңгейін өлшеуде, медициналық сканерлеу процедураларында және автомобиль өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Ультрадыбыстық толқындар шағылысатын сенсорлары арқылы мөлдір үлдірлер, шыны бөтелкелер, пластикалық бөтелкелер және шыны қаңылтыр сияқты көрінбейтін нысандарды анықтай алады.
Жұмыс принципі
Индуктивті датчиктердің классификациясы олардың қолданылу аясына негізделген. Бұл жерде объектілердің физикалық және химиялық қасиеттерін ескеру маңызды. Ультрадыбыстық толқындардың қозғалысы ортаның пішіні мен түріне байланысты ерекшеленеді. Мысалы, ультрадыбыстық толқындар біртекті орта арқылы тікелей таралады және шағылысады және әртүрлі орталар арасындағы шекараға қайта беріледі. Ауадағы адам денесі айтарлықтай шағылыстырады және оны оңай анықтауға болады.
Технология келесі принциптерді пайдаланады:
- Көп рефлексия. Толқындар сенсор мен нысана арасында бірнеше рет шағылысқан кезде көп шағылысу орын алады.
- Шектеу аймағы. Ең аз қабылдау қашықтығы мен максималды сезу қашықтығы реттелуі мүмкін. Бұл шекті аймақ деп аталады.
- Анықтау аймағы. Бұл сенсор басының беті мен сканерлеу қашықтығын реттеу арқылы алынған ең аз анықтау қашықтығы арасындағы аралық.
Осы технологиямен жабдықталған құрылғылар әртүрлі нысандарды сканерлей алады. Ультрадыбыстық көздер көліктерді жасауда белсенді қолданылады.
