Sensori ir elektroniskās informācijas iekārtu ražošanas nozares pamatprodukti un ir specializēti komponenti starp jaunajiem elektroniskajiem komponentiem, kuru izstrādei ir prioritāte. Sensoru nozare, kas vietējā un starptautiskā mērogā ir plaši atzīta par daudzsološu augsto tehnoloģiju nozari, piesaista pasaules uzmanību ar savu augsto tehnoloģisko saturu, spēcīgu ekonomisko atdevi, plašo izplatību tirgū un plašajām tirgus perspektīvām. Plaukstošā elektroniskās informācijas nozares tirgus dēļ Ķīnas sensoru nozare ir izveidojusi stabilu rūpniecisko pamatu. Ievērojams progress ir panākts tehnoloģisko inovāciju, neatkarīgas pētniecības un attīstības, sasniegumu komercializācijas un konkurētspējas jomā, kas būtiski veicina valsts ekonomikas attīstību.
Līdz ar informācijas laikmeta iestāšanos sensori ir kļuvuši par primāro līdzekli cilvēkiem, lai iegūtu informāciju gan no dabas, gan rūpniecības jomām. Mūsdienu rūpnieciskajā ražošanā-īpaši automatizētos procesos-dažādi sensori uzrauga un kontrolē galvenos parametrus, lai uzturētu iekārtas optimālos darbības apstākļos un nodrošinātu produktu kvalitāti. Sensori ieņem vēl ievērojamāku vietu fundamentālajos zinātniskajos pētījumos.
Mūsdienās sensori ir caurstrāvojuši ārkārtīgi plašu jomu klāstu, tostarp rūpniecisko ražošanu, kosmosa izpēti, okeanogrāfiju, vides aizsardzību, resursu apsekojumus, medicīnisko diagnostiku, bioinženieriju un pat kultūras relikviju saglabāšanu. Acīmredzot sensoru tehnoloģiju svarīgā loma ekonomikas attīstībā un sociālajā progresā ir nenoliedzama. Statistika liecina, ka tiek prognozēts, ka globālā viedo sensoru tirgus gada ieņēmumi pieaugs par 10% gadā. Pašlaik visā pasaulē ir 65 miljoni sensoru ierīču ar procesoriem, un tiek prognozēts, ka līdz 2019. gadam šis skaitlis sasniegs 2,8 triljonus.
Galvenie apsvērumi, izvēloties sensoru
Sensoru zināšanas ir būtiska elektrotehnikas nozare, kuras apguvei nepieciešama liela pieredze. Mēs to sīkāk izpētīsim turpmākajās diskusijās. Šodien mēs galvenokārt koncentrējamies uz atlases kritērijiem.
1. Nosakiet veidu, pamatojoties uz mērījumu objektu un izvades prasībām
Lai veiktu konkrētu mērīšanas uzdevumu, vispirms ir jāizvēlas atbilstošs sensora princips. Šim lēmumam ir jāanalizē vairāki faktori. Piemēram, plūsmas mērītāji ietver elektromagnētiskos, virpuļveida un ultraskaņas veidus. Atbilstoša plūsmas mērītāja izvēlei ir jānosaka konkrēti mērķi. Turklāt apsveriet nepieciešamo izvades režīmu-, piemēram, 2 vadu vai 4 vadu strāvas signālus (0–20 mA, 4–20 mA), 0–10 V sprieguma signālus vai sakaru protokolus.
2. Atlase, pamatojoties uz jutību
Parasti sensora lineārajā diapazonā priekšroka tiek dota augstākai jutībai. Tikai ar augstu jutību izejas signāls būtiski atbilst izmērītā daudzuma izmaiņām, atvieglojot signāla apstrādi. Tomēr ņemiet vērā, ka augsta jutība padara sensoru jutīgu pret ārējiem trokšņiem, kas nav saistīti ar izmērīto daudzumu. Šo troksni sistēma var pastiprināt, tādējādi apdraudot mērījumu precizitāti. Tāpēc pašam sensoram ir jābūt ar augstu signāla -pret-trokšņu attiecību, lai samazinātu traucējumus no ārējiem avotiem.
Sensora jutība ir virziena. Mērot vienvirziena vektoru ar augstām virziena prasībām, izvēlieties sensoru ar zemu jutību citos virzienos. Daudzdimensiju vektoriem samaziniet sensora krustenisko-jutību.
3. Frekvences reakcijas raksturlielumu novērtēšana
Sensora frekvences reakcija nosaka izmērāmo frekvenču diapazonu, kuram ir jāpaliek bez kropļojumiem{0}}atļautajās robežās. Praksē sensora reakcija vienmēr uzrāda zināmu aizkavi, kas ideālā gadījumā tiek samazināta līdz minimumam. Augstāka frekvences reakcija nodrošina plašākas izmērāmas signāla frekvences. Dinamiskajiem mērījumiem atbildes raksturlielumiem ir jāsakrīt ar signāla īpašībām (stacionārais-stāvoklis, pārejošs, nejaušs utt.), lai novērstu pārmērīgas kļūdas.
4. Pamatojoties uz sensora stabilitāti
Sensora spēju uzturēt nemainīgu veiktspēju laika gaitā sauc par stabilitāti. Faktori, kas ietekmē ilgtermiņa stabilitāti{1}}, ietver ne tikai sensora iekšējo struktūru, bet galvenokārt tā darbības vidi. Tāpēc, lai nodrošinātu labu stabilitāti, sensoriem jābūt ar spēcīgu pielāgošanos videi. Pirms sensora izvēles izpētiet tā paredzēto darbības vidi. Izvēlieties atbilstošu sensoru, pamatojoties uz īpašiem apstākļiem, vai veiciet pasākumus, lai samazinātu ietekmi uz vidi.
5. Diapazons un precizitāte: vissarežģītākais pāris līdzsvara nodrošināšanai
Precizitāte ir kritisks sensoru veiktspējas rādītājs, kas kalpo kā būtiska saikne sistēmas vispārējās mērījumu precizitātes noteikšanā. Tomēr sensora precizitāti ierobežo tā diapazons: parasti lielāks diapazons rada zemāku precizitāti. Un otrādi, augstas-precizitātes sensoriem bieži nav pietiekama diapazona, tāpēc augstas-precizitātes, liela diapazona{4}}sensori ir ārkārtīgi dārgi. Tāpēc, izvēloties sensorus, ir nepieciešama līdzsvarota pieeja.
Izvēloties paraugu ņemšanas sensorus, pārliecinieties, ka ierīce atbilst lietojumprogrammas darbības pamatnosacījumiem (skatiet ražotāja datu lapas).
Seši viskritiskākie darbības nosacījumi ietver:
1) Temperatūras diapazons;
2) specifikācijas;
3) Aizsardzības pakāpe;
4) Sprieguma diapazons;
5) Diskrētā vai analogā izeja;
6) Parametru variācijas, konkrēti, vai "regulējami parametri ir izdevīgi."
Apsverot sensorus ar IO{0}}Saites konfigurācijas iespēju, ir jāpievērš uzmanība sešiem papildu faktoriem.
1) reakcijas ātrums;
2) Sensora diapazons;
3) Atkārtojamība;
4) Elektrības pieslēgums;
5) Montāžas veids;
6) Vizuālais displejs: vai lietojumprogrammai ir nepieciešams sensora vizuālais indikators.
Mūsdienu rūpnieciskajā ražošanā, īpaši automatizētajos procesos, dažādi sensori uzrauga un kontrolē parametrus visā ražošanas laikā. Tas nodrošina iekārtu normālu vai optimālu darbību, vienlaikus nodrošinot augstāko produkta kvalitāti. Tādējādi bez plaša augstas kvalitātes-sensoru klāsta mūsdienu ražošanai nebūtu pamata. Tālāk ir sniegta informācija par vairākiem ražošanā izplatītākajiem sensoru veidiem, kā arī sniegti padomi par lietojumu un ieskati.
Visizplatītākie sensoru veidi
Tuvuma sensori
Tuvuma sensori bez fiziska kontakta konstatē objektu klātbūtni tuvējā zonā. Šie sensori ir atsevišķas izvadierīces. Parasti magnētiskie tuvuma sensori nosaka, vai izpildmehānisms ir sasniedzis noteiktu pozīciju, uztverot magnētu, kas atrodas izpildmehānismā.
Parasti nav ieteicams iegādāties izpildmehānismu no viena uzņēmuma un magnētiskā tuvuma sensoru no cita. Lai gan sensoru ražotāji var apgalvot, ka tie ir saderīgi ar X, Y un Z izpildmehānismiem, magnētu un montāžas pozīciju atšķirības var izraisīt sensora problēmas. Piemēram, sensors var iedarbināties, ja magnēts ir nepareizi novietots, vai arī nevar to pilnībā aktivizēt. Ja izpildmehānisma ražotājs piedāvā atbilstošu tuvuma sensoru, tam vajadzētu būt vēlamam.
Uz tranzistoru{0}}bāzētajiem tuvuma sensoriem nav kustīgu daļu, un tie nodrošina ilgāku kalpošanas laiku. Tuvuma sensori, kuru pamatā ir niedres-, izmanto mehāniskus kontaktus, kā rezultātā ir īsāks kalpošanas laiks, bet zemākas izmaksas, salīdzinot ar tranzistoru veidiem. Niedru sensori ir vislabāk piemēroti lietojumprogrammām, kurām nepieciešama maiņstrāva un augstas -temperatūras vide.
Pozīcijas sensori
Pozīcijas sensoriem ir analogās izejas, kas norāda izpildmehānisma pozīciju, pamatojoties uz magnētu stāvokli uz izpildmehānisma. No vadības viedokļa pozīcijas sensori piedāvā ievērojamu elastību. Vadības inženieri var definēt uzdoto vērtību virkni, lai saskaņotu komponentu variācijas.
Tā kā šie pozīcijas sensori ir balstīti uz magnētiem (piemēram, tuvuma sensoriem), ir ieteicams, ja iespējams, gan sensorus, gan izpildmehānismus iegūt no viena ražotāja. IO-Saites funkcionalitāte ļauj iegūt datus no pozīcijas sensoriem, vienkāršojot vadību un atvieglojot parametru noteikšanu.
Induktīvie sensori
Induktīvie tuvuma sensori izmanto Faradeja indukcijas likumu, lai noteiktu objekta klātbūtni vai simulētu pozīcijas izvadi. Vissvarīgākais faktors, izvēloties induktīvos sensorus, ir sensora uztvertā metāla veida noteikšana, tādējādi nosakot sensora attālumu. Salīdzinot ar melnajiem metāliem, krāsainie metāli samazina uztveršanas diapazonu par vairāk nekā 50%. Sensoru ražotāju produktu rokasgrāmatās ir jāsniedz informācija, kas nepieciešama paraugu atlasei.
Spiediena un vakuuma sensori
Nodrošiniet, lai spiediena vai vakuuma sensori atbilstu mērījumu diapazoniem gan angļu (psi), gan metriskajās (bar) vienībās. Norādiet vispiemērotāko formas koeficientu piešķirtajai telpai. Iekārtas uzstādīšanas laikā apsveriet, vai operatora ērtībām sensoros ir jāiekļauj indikatora gaismas vai displeja ekrāni. Lai ātri pielāgotu iestatījumus, apsveriet spiediena un vakuuma sensorus, kas aprīkoti ar IO-Link.
Plūsmas sensori
Līdzīgi kā spiediena un vakuuma sensori, plūsmas sensorus var izvēlēties, pamatojoties uz plūsmas diapazonu, izmēru un iestatīto vērtību mainīgumu. Displeja opcijas var norādīt, pasūtot sensorus. Plūsmas sensorus ar salīdzinoši zemu plūsmas ātrumu var izvēlēties konkrētām zonām vai visam aprīkojuma pielietojumam.
Optiskie sensori
Visizplatītākie optiskie sensori ir fotoelektriskās izkliedes, atstarojošie un caur{0}}staru veidi. Lāzera sensori un optisko šķiedru sensoru ierīces arī ietilpst optisko sensoru kategorijās.
Lielākā daļa fotoelektrisko sensoru uztver objektus, atstarojot gaismu vai pārtraucot staru. Zemo izmaksu, daudzpusības un augstās uzticamības dēļ šie sensori ir vieni no visplašāk izmantotajiem ražošanā. Difūzajiem-atstarojošiem fotoelektriskiem sensoriem nav nepieciešams atstarotājs. Tie piedāvā lielisku izmaksu-veiktspēju, lai noteiktu tuvumā esošu objektu klātbūtni.
Izmantojot-staru, fotoelektriskie sensori nodrošina vislielāko uztveršanas diapazonu. Šie sensori uzstāda raidītāju un uztvērēju divos atsevišķos punktos. Garāžas durvju drošības sensori ir staru sensoru piemēri. Kad stars tiek pārtraukts, tas norāda uz mērķa klātbūtni. Sprauga-tipa fotoelektriskais sensors ir interesants caur-staru variants; tas integrē raidītāju un uztvērēju vienā kompaktā vienībā. Slot{8}}tipa gaismas sensori tiek izmantoti, lai noteiktu mazu komponentu esamību vai neesamību.
Atstarojošajiem fotoelektriskajiem sensoriem ir sensors un atstarotājs vidējas -diapazona klātbūtnes noteikšanai. Precizitātes un izmaksu ziņā šie sensori ir starp difūzo un caurejošo -staru veidu.
Optisko šķiedru sensori tiek izmantoti klātbūtnes un attāluma noteikšanai. Šo daudzpusīgo sensoru parametrus var pielāgot, lai noteiktu dažādas krāsas, fonus un attāluma diapazonus.
Lāzera sensorus var izmantot liela attāluma{0}}klātbūtnes noteikšanai, un tie nodrošina visaugstāko precizitāti maza attāluma{1}}mērīšanas lietojumos.
Redzes sensori ir piemēroti svītrkoda lasīšanai, skaitīšanai, formas pārbaudei un līdzīgiem uzdevumiem. Tie ir rentabls-risinājums redzes lietojumprogrammām, kur kameru sistēmas būtu pārmērīgi dārgas vai sarežģītas. Redzes sensori nolasa svītrkodus, izseko atsevišķas sastāvdaļas un veic šiem komponentiem pielāgotus procesus. Sensori var pārbaudīt detaļā esošo funkciju skaitu. Redzes sensori var noteikt, vai ir sasniegta noteikta līkne vai cita forma. Tā kā šie sensori apstrādā gaismu, ir ļoti svarīgi pārbaudīt tos apstākļos, kas ir pēc iespējas tuvāki faktiskajai darbības videi, -attiecībā uz apkārtējo gaismu un fona atstarošanos{7}}. Lielākajā daļā lietojumu ir ieteicams ievietot redzes sensorus korpusā, lai tos izolētu no ārējiem gaismas avotiem. Sensoru pārbaudes laikā ir ieteicams meklēt palīdzību no redzes sensora ražotāja. Turklāt neaizmirstiet izvēlēties piemērotu lauka kopni.
Signālu pārveidotāji pārveido analogo izejas signālu no sensora par pārveidotāja digitālo signālu. Vēl viena iespēja ir konvertēšana IO-Saistīt procesa datus.
Citi sensori
1. Magnētiskais slēdzis:Šis ir specializēts termins cilindra sensoram, ko galvenokārt izmanto, lai noteiktu cilindra virzuļa stāvokli. Parasti balonu piegādātāji nodrošina šos sensorus, kas pielāgoti klientu lietošanas scenārijiem. Kā norāda nosaukums, magnētiskie slēdži nosaka mērķus, izmantojot elektromagnētisko indukciju, kā rezultātā ir salīdzinoši zema noteikšanas precizitāte.
2. Tuvuma slēdži:Izstrādāti, pamatojoties uz elektromagnētiskās indukcijas principiem, tuvuma slēdži var noteikt tikai metāla mērķus ar nelielām sensoru attāluma izmaiņām atkarībā no metāla veida. Parastie tuvuma slēdžu noteikšanas diapazoni ir šādi: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm utt. Tuvuma slēdžiem parasti ir divu veidu: pieguļ{7}}montējami un bez-līdzenas-montāžas. Uzstādīšanas{11}}slēdzis nozīmē, ka sensora galviņa nekonstatē metāla mērķus ap tās apkārtmēru, bet nosaka tikai mērķus tieši tā priekšā. Citiem vārdiem sakot, sensora sensora galvai nav jāizvirzās ārpus metāla stiprinājuma kronšteina. Ne-savienoti{15}}veidi nosaka gan priekšējo-metāla mērķus, kas atrodas apkārtmērā. Šeit sensora galvai jābūt izvirzītai no metāla stiprinājuma kronšteina, un noteiktā apkārtmēra diapazonā nedrīkst atrasties metāla priekšmeti, lai novērstu viltus noteikšanu. Tuvuma slēdži piedāvā augstāku noteikšanas precizitāti nekā magnētiskie slēdži. Tos parasti izmanto lietojumprogrammās, kurās nepieciešama salīdzinoši zema pozicionēšanas precizitāte, piemēram, produkta klātbūtnes vai armatūras pozicionēšanas pārbaudei.
3. Fotoelektriskie slēdži:Fotoelektriskā noteikšana piedāvā tādas priekšrocības kā augsta precizitāte, ātra reakcija un bezkontakta darbība. Tas var izmērīt vairākus parametrus, piedāvā vienkāršas sensoru struktūras un piedāvā elastīgas konfigurācijas. Līdz ar to fotoelektriskos sensorus plaši izmanto atklāšanas un kontroles sistēmās. Izplatīti veidi: atstarojoši fotoelektriskie sensori, caur-staru fotoelektriskie sensori un sensori, kas izmanto atstarojošas plāksnes, lai atspoguļotu gaismas starus. Pēdējie divi veidi nosaka, bloķējot gaismu no mērķa objekta, savukārt pirmais atklāj, uztverot no mērķa atstaroto gaismu. Līdz ar to pēdējie divi parasti piedāvā garākus noteikšanas diapazonus un augstāku precizitāti. Pateicoties augstajai noteikšanas precizitātei, fotoelektriskos sensorus parasti izmanto produktu vai robotizētu sagatavju precīzai pozicionēšanai, kā arī atgriezeniskās saites sistēmās stepper un servo mehānismiem.
4. Optiskās šķiedras sensori:Optisko šķiedru sensori ir cita veida noteikšanas elementi, kas izmanto fotoelektriskā signāla pārveidošanu. Salīdzinot ar fotoelektriskajiem slēdžiem, tie parasti var noteikt mazākus objektus, darboties lielākā attālumā un nodrošināt lielāku precizitāti. Līdz ar to optisko šķiedru sensorus parasti izmanto lietojumprogrammās, kurām nepieciešama lielāka precizitāte, un kā pozicionēšanas atgriezeniskās saites ierīces stepper un servo sistēmās.
5. Fotoelektriskie sensori:Fotoelektriskie sensori izmanto arī fotoelektriskos signālus. Ar lielu noteikšanas laukumu tos bieži sauc par apgabala sensoriem. To primārais pielietojums ir bloķēšanas un drošības funkcijās starp iekārtām, jo īpaši cilvēku aizsardzības sistēmās.
6. Termopāri:Termopāri galvenokārt tiek izmantoti, lai noteiktu apkārtējās vides temperatūru.
7. Lāzerskeneri:Lāzerskeneri galvenokārt darbojas, lai precīzi izmērītu mērķa objektu izmēru kontūras.
8. Rūpnieciskās kameras:Inženierzinātnēs pazīstamas arī kā CCD (Charge{0}}coupled Device) kameras, rūpnieciskās kameras galvenokārt izmanto mērķa objektu formas un novietojuma noteikšanai. Pateicoties CCD tehnoloģijas attīstībai, augstas{2}}izšķirtspējas rūpnieciskās kameras tagad ir izmantojamas precizitātes mērījumu jomās.
9. Kodētājs:Pamatojoties uz darbības principiem, kodētāji tiek iedalīti inkrementālajos un absolūtajos veidos. Inkrementālie kodētāji pārveido nobīdi periodiskos elektriskos signālos, kas pēc tam tiek pārveidoti skaitīšanas impulsos. Nobīdes lielumu attēlo impulsu skaits. Katra absolūtā kodētāja pozīcija atbilst unikālam digitālajam kodam. Tāpēc tā parādītā vērtība ir atkarīga tikai no mērījuma sākuma un beigu pozīcijas, nevis no starpprocesa. Kodētāji parasti tiek savienoti pārī ar pakāpju motoriem vai servomotoriem, lai izveidotu slēgtas -cilpas vai daļēji-slēgtas{7} cilpas vadības sistēmas.
10. Mikro slēdzis:Mikroslēdzis ir kontakta{0}}tipa sensors, ko galvenokārt izmanto, lai savienotu aprīkojumu vai noteiktu mašīnu drošības durvju statusu.