Klasifikacija senzora i njihova namjena. Beskontaktni senzori: pregled, princip rada, namjena. Prekidač na dodir Koja su dva principa rada svih senzora

Prije svega, potrebno je napraviti razliku između pojmova "senzor" i "senzor". Senzor se tradicionalno shvata kao uređaj sposoban da konvertuje ulaznu akciju bilo koje fizičke veličine u signal pogodan za dalju upotrebu. Danas postoji niz zahtjeva za moderne senzore:

Nedvosmislena zavisnost izlazne vrijednosti od ulaza.
Stabilna očitavanja bez obzira na vrijeme korištenja.
Visoka osjetljivost.
mala velicina i male mase.
Nedostatak utjecaja senzora na kontrolirani proces.
Prilika za rad u raznim uslovima.
Kompatibilnost sa drugim uređajima.

Svaki senzor uključuje sljedeće elemente: osjetljivi element i signalni uređaj. U nekim slučajevima se može dodati pojačalo i selektor signala, ali često nema potrebe za njima. Komponente senzora određuju princip njegovog daljeg rada. U tom trenutku, kada dođe do bilo kakvih promjena na objektu posmatranja, one se fiksiraju osjetljivim elementom. Odmah nakon toga, promjene se prikazuju na signalnom uređaju, čiji su podaci objektivni i informativni, ali se ne mogu automatski obraditi.

Rice. 22.

Primjer najjednostavnijeg senzora je živin termometar. Živa se koristi kao osjetljivi element, temperaturna skala djeluje kao signalni uređaj, a temperatura je predmet promatranja. Važno je shvatiti da su očitanja senzora skup podataka, a ne informacija. Oni se ne pohranjuju u eksternu ili internu memoriju i nisu prikladni za automatsku obradu, skladištenje i prijenos.

Sve senzore koriste razni tehnološka rješenja sa Interneta stvari mogu se podijeliti u nekoliko kategorija. Osnova jedne od najprikladnijih klasifikacija je svrha uređaja "3:

senzori prisutnosti i pokreta;
detektori položaja, pomaka i nivoa;
senzori brzine i ubrzanja;
senzori sile i dodira;
Senzori tlaka;
mjerači protoka;
akustični senzori;
senzori vlažnosti;
svjetlosni detektori;
temperaturni senzori;
hemijski i biološki senzori.

Rad senzora se veoma razlikuje od rada senzora. Prije svega, potrebno je zadržati se na definiciji pojma "senzor". Senzor je uređaj sposoban da promjene koje su se dogodile u objektu promatranja pretvori u informacijski signal pogodan za dalje skladištenje, obradu i prijenos.

Šema rada senzora je bliska lančanoj karakteristici senzora. U određenom smislu, senzor se može tumačiti kao poboljšani senzor, jer se njegova struktura može izraziti kao "komponente senzora" + "jedinica za obradu informacija". Funkcionalni dijagram senzora je sljedeći.

Rice. 23.

U isto vrijeme, klasifikacija senzora prema namjeni je ekvivalentna istoj klasifikaciji za senzore. Često senzori i pretvarači mogu mjeriti istu vrijednost za isti objekat, ali senzori će prikazati podatke, a senzori će ih također pretvoriti u informacijski signal.

Osim toga, postoji poseban tip senzora koji ima smisla uzeti u obzir za razumijevanje koncepta Interneta stvari. To su takozvani "pametni" senzori, čiji je funkcionalni dijagram upotpunjen prisustvom algoritama za primarnu obradu prikupljenih informacija. Dakle, konvencionalni senzor je u stanju da obrađuje podatke i daje ih u obliku informacija, dok je "pametni" senzor u stanju da izvrši bilo koju radnju sa samouhvaćenim informacijama iz spoljašnjeg okruženja.

U budućnosti možemo očekivati ozbiljan razvoj 3D senzora sposobnih da skeniraju okolni prostor sa velikom preciznošću i da izgrade njegov virtuelni model. Dakle, u ovom trenutku, Capri 3D senzor može odrediti kretanje ljudi i njihove metričke karakteristike.

teristics. Osim toga, ovaj senzor može skenirati objekt u okruženju i sačuvati informacije u SAE datoteci za dalje štampanje na 3D štampaču.

Rice. 24. Capri 3D senzor povezan na Samsung Nexus 10

Posebnu pažnju zaslužuje razvoj uređaja koji kombiniraju nekoliko senzora odjednom. drugačiji tip. Kao što je pomenuto u paragrafu 2.2.1, znanje zahteva informacije o različite karakteristike objekt. A korištenje različitih senzora omogućava vam da dobijete potrebne informacije. U određenom smislu, takvi uređaji zapravo mogu prepoznati ljude. Primjer takvog uređaja je Kinekt bežični kontroler koji se koristi u modernim video igrama.

Senzor boje IR emitera

Niz mikrofona

Rice. 25. Dizajn bežičnog kontrolera Kinekt 57

Kinekt kontroler sadrži nekoliko komponenti odjednom: infracrveni emiter; infracrveni prijemnik; kamera u boji;

set od 4 mikrofona i procesor audio signala; korektor nagiba.

Princip rada Klpek kontrolera! dovoljno jednostavno. Zraci koji izlaze iz infracrvenog emitera reflektuju se i ulaze u infracrveni prijemnik. Zbog toga je moguće dobiti informacije o prostornom položaju osobe koja igra video igricu. Kamera je sposobna da hvata različite podatke u boji, a mikrofoni mogu da prime glasovne komande igrača. Kao rezultat toga, kontrolor je u mogućnosti prikupiti dovoljno informacija o osobi tako da može kontrolirati igru putem pokreta ili glasovnih komandi.

U određenom smislu, Ktec kontroler! pripada oblasti tehnologija interneta stvari. U stanju je identificirati igrača, prikupiti informacije o njemu i prenijeti na druge uređaje (igraću konzolu). Ali takav skup senzora se potencijalno može koristiti u drugim obećavajućim područjima za koncept interneta stvari, uključujući primenu tehnologija pametnih kuća.

Sve do 70. godine prošlog veka svaki automobil je bio opremljen sa najviše tri senzora: nivo goriva, temperatura rashladne tečnosti i pritisak ulja. Bili su povezani na magnetoelektrične i svjetlosne indikacijske uređaje na instrument tabli. Njihova svrha je bila samo da informišu vozača o parametrima motora i količini goriva. Tada je uređaj auto senzora bio vrlo jednostavan.

Ali vrijeme je prolazilo, a 70-ih godina istog stoljeća proizvođači automobila počeli su smanjivati sadržaj štetne materije u izduvnim gasovima koji izlaze sa transportera njihovih automobila. Senzori automobila potrebni za to više ništa nisu javljali vozaču, već su samo prenosili informacije o radu motora. Njihov ukupan broj u svakom automobilu se značajno povećao. Sljedeću deceniju obilježila je borba za sigurnost u korišćenju mašina, za koje su dizajnirani novi senzori. Namijenjeni su za rad antiblokiranja kočnica i aktiviranje vazdušnih jastuka prilikom saobraćajnih nezgoda.

ABS

Ovaj sistem je dizajniran da spreči potpuno blokiranje točkova prilikom kočenja. Stoga uređaj nužno sadrži senzore brzine kotača. Njihovi dizajni su različiti. Oni su ili pasivni ili aktivni.

Pasivni su uglavnom induktivni senzori. Sam senzor se sastoji od čeličnog jezgra i zavojnice s velikim brojem zavoja od tanke emajlirane bakrene žice. Da bi obavljao svoje funkcije, čelični zupčanik se utiskuje na pogon kotača ili glavčinu. A senzor je fiksiran tako da kada se kotač rotira, zupci prolaze blizu jezgre i induciraju električne impulse u zavojnici. Njihova stopa ponavljanja će biti proporcionalan izraz brzine rotacije točka. Prednosti ovog tipa uređaja su: jednostavnost, nedostatak snage i niska cijena. Njihov nedostatak je što je amplituda pulsa premala pri brzinama do 7 km/h.

Aktivne, koje su dvije vrste. Neki su zasnovani na dobro poznatom Hall efektu. Drugi su magnetorezitivni na osnovu istoimenog fenomena. Magnetorezitivni efekat se sastoji u promeni električnog otpora poluprovodnika kada uđe u magnetsko polje. Obje vrste aktivnih senzora karakterizira dovoljna amplituda impulsa pri bilo kojoj brzini. Ali njihov uređaj je složeniji, a cijena je veća od pasivnih. A to što im je potrebna hrana ne može se nazvati prednošću.

Sistem podmazivanja

Automobilski senzori koji kontrolišu parametre ovog sistema su tri tipa:

Hlađenje motora

Automobil sa karburatorskim motorom bio je opremljen sa dva temperaturna senzora. Jedan je uključivao električni ventilator radijatora za održavanje radne temperature. Uređaj za prikaz je uzimao očitavanja s drugog. Rashladni sistem modernog automobila opremljen elektronskom upravljačkom jedinicom motora (ECU) također ima dva temperaturna senzora. Jedan od njih koristi uređaj za prikaz temperature rashladne tečnosti u instrument tabli. Za rad ECU-a potreban je još jedan temperaturni senzor. Njihova struktura je fundamentalno drugačija. Oba su NTC termistori. Odnosno, njihov otpor opada sa padom temperature.

usisni trakt

Senzor masenog protoka zraka (DMRV). Dizajniran za određivanje količine zraka koji ulazi u cilindre. Ovo je potrebno za izračunavanje količine goriva za formiranje uravnotežene mješavine zraka i goriva. Čvor se sastoji od djevičanskih platinastih niti kroz koje struja. Jedan od njih je u protoku zraka koji ulazi u motor. Drugi, referentni, udaljen je od njega. Struje koje prolaze kroz njih upoređuju se u ECU. Razlika između njih određuje količinu zraka koji ulazi u motor. Ponekad se, radi veće tačnosti, uzima u obzir temperatura vazduha.

Senzor apsolutnog pritiska usisne grane, koji se naziva i MAP senzor. Koristi se za određivanje količine zraka koji ulazi u cilindre. Može biti alternativa DMRV-u za motore s turbopunjačem. Uređaj se sastoji od kućišta i keramičke dijafragme obložene tenziorezistivnim filmom. Zapremina tijela podijeljena je dijafragmom na 2 dijela. Jedan od njih je zapečaćen i iz njega se ispumpava vazduh. Drugi je cevom povezan sa usisnom granom, pa je pritisak u njemu jednak pritisku vazduha koji se ubrizgava u motor. Pod djelovanjem ovog pritiska, dijafragma se deformira, što mijenja otpor filma na njoj. Ovaj otpor karakterizira apsolutni tlak zraka u razdjelniku.
Senzor položaja leptira za gas (TPS). Daje signal proporcionalan kutu otvaranja zračne zaklopke. To je, u suštini, varijabilni otpornik. Njegovi fiksni kontakti su povezani na masu i na referentni napon. A s pokretnog, mehanički spojenog na os prigušne zaklopke, izlazni napon se uklanja.

Izduvni sistem

Senzor za kiseonik. Ovaj uređaj igra ulogu povratne sprege za održavanje željenog omjera zraka i goriva u komorama za sagorijevanje. Njegov rad se zasniva na principu rada galvanske ćelije sa čvrstim elektrolitom. Potonji je keramika na bazi cirkonijum dioksida. Konstrukcijske elektrode su nanesene platinom na obje strane keramike. Uređaj počinje sa radom nakon zagrevanja na temperaturu od 300 do 400 ◦ C.

Zagrijavanje na tako visoku temperaturu obično se događa vrućim izduvnim plinovima ili grijaći element. Takve temperaturni režim neophodna za nastanak provodljivosti keramičkog elektrolita. Prisustvo neizgorenog goriva u izduvnim gasovima motora razlog je pojave razlike potencijala na elektrodama senzora. Unatoč činjenici da su svi navikli da ovaj uređaj nazivaju senzorom kisika, on je više senzor neizgorjelog goriva. Budući da do pojave izlaznog signala dolazi kada njegova površina dođe u kontakt ne s kisikom, već s parom goriva.

Ostali senzori

Elektrotehnička enciklopedija #16.

Senzori

Klasifikacija senzora, osnovni zahtjevi za njih

Automatizacija raznih tehnoloških procesa, efektivno upravljanje raznim jedinicama, mašinama, mehanizmima zahtevaju brojna merenja raznih fizičke veličine.

Senzori(u literaturi se često nazivaju i mjerni pretvarači), ili drugim riječima, senzori su elementi mnogih sistema automatizacije - uz njihovu pomoć dobijaju informacije o parametrima kontrolisanog sistema ili uređaja.

Senzor - ovo je element mjernog, signalnog, regulacionog ili kontrolnog uređaja koji kontroliranu vrijednost (temperaturu, pritisak, frekvenciju, intenzitet svjetlosti, električni napon, struju itd.) pretvara u signal pogodan za mjerenje, prijenos, skladištenje, obradu. , registraciju, a ponekad i da utiče na njih na kontrolisane procese. Ili lakše senzor je uređaj koji pretvara ulaznu akciju bilo koje fizičke veličine u signal koji je zgodan za dalju upotrebu.

Korišteni senzori su vrlo raznoliki i mogu biti klasifikovani prema različitim kriterijumima:

U zavisnosti od vrste ulazne (mjerene) količine razlikuju: senzore mehaničkih pomaka (linearne i ugaone), pneumatske, električne, mjerače protoka, senzore brzine, ubrzanja, sile, temperature, pritiska itd.

Trenutno postoji otprilike sljedeća raspodjela udjela mjerenja različitih fizičkih veličina u industriji: temperatura - 50%, protok (masa i zapremina) - 15%, pritisak - 10%, nivo - 5%, količina (masa, zapremina) ) - 5%, vrijeme - 4%, električne i magnetske veličine - manje od 4%.

Prema vrsti izlazne vrijednosti u koju se pretvara ulazna vrijednost , razlikovati neelektrični I električni: senzori istosmjerne struje (EMF ili napon), senzori amplitude izmjenične struje (EMF ili napon), senzori AC frekvencije (EMF ili napon), senzori otpora (aktivni, induktivni ili kapacitivni) itd.

Većina senzora je električni. To je zbog sljedećih prednosti električnih mjerenja:

Pogodno je prenositi električne količine na daljinu, a prijenos se vrši velikom brzinom;

Električne veličine su univerzalne u smislu da se sve druge veličine mogu pretvoriti u električne veličine i obrnuto;

Oni se precizno pretvaraju u digitalni kod i omogućavaju postizanje visoke tačnosti, osjetljivosti i brzine mjernih instrumenata.

Po principu delovanja Senzori se mogu podijeliti u dvije klase: generiranje I parametarski(senzori-modulatori). Senzori generatora vrše direktnu konverziju ulazne vrijednosti u električni signal.

Parametarski senzori pretvaraju ulaznu vrijednost u promjenu nekog električnog parametra ( R, L ili C) senzora.

Po principu delovanja senzori se također mogu podijeliti na omske, reostatske, fotoelektrične (opto-elektronske), induktivne, kapacitivne itd.

Postoje tri klase senzora:

Analogni senzori, odnosno senzori koji proizvode analogni signal proporcionalno promjeni ulazne vrijednosti;

Digitalni senzori koji generiraju niz impulsa ili binarnu riječ;

Binarni (binarni) senzori koji generišu signal samo dva nivoa: "uključeno/isključeno" (drugim riječima, 0 ili 1); se široko koriste zbog svoje jednostavnosti.

Zahtjevi za senzore :

Nedvosmislena zavisnost izlazne vrednosti od ulaza;

Stabilnost karakteristika tokom vremena;

Visoka osjetljivost;

Mala veličina i težina;

Nedostatak povratnih informacija o kontrolisanom procesu i kontrolisanom parametru;

Rad u različitim uslovima rada;

- razne opcije montaža.

Parametrijski senzori (modulatori senzora) ulazna vrijednost X se pretvara u promjenu nekog električnog parametra ( R, L ili C ) senzor. Nemoguće je prenijeti promjenu navedenih parametara senzora bez signala koji nosi energiju (napon ili struja) na daljinu. Promjenu odgovarajućeg parametra senzora moguće je otkriti samo reakcijom senzora na struju ili napon, budući da navedeni parametri karakteriziraju ovu reakciju. Stoga parametarski senzori zahtijevaju korištenje posebnih mjernih krugova napajanih jednosmjernom ili naizmjeničnom strujom.

Ohmski (otporni) senzori - princip rada se zasniva na promjeni njihovog aktivnog otpora s promjenom dužine l, površina poprečnog presjeka Sili otpornost str:

R= pl /S

Osim toga, koristi se ovisnost vrijednosti aktivnog otpora o kontaktnom pritisku i osvjetljenosti fotoćelija. U skladu s tim, omski senzori se dijele na: kontaktni, potenciometrijski (reostatski), otporni na naprezanje, termistor, fotootpornici.

Kontaktni senzori - Ovo najjednostavniji oblik otpornički senzori koji pretvaraju kretanje primarnog elementa u skok otpora električni krug. Uz pomoć kontaktnih senzora mjere i kontroliraju sile, pomake, temperaturu, veličine predmeta, kontroliraju njihov oblik itd. Kontaktni senzori uključuju putovanje I Krajnji prekidači, kontaktni termometri i tzv elektrodni senzori, koji se prvenstveno koristi za mjerenje graničnih nivoa električno provodljivih tekućina.

Kontaktni senzori mogu raditi na istosmjernoj i naizmjeničnoj struji. Ovisno o granicama mjerenja, kontaktni senzori mogu biti jednogranični i višegranični. Potonji se koriste za mjerenje veličina koje značajno variraju, dok su dijelovi otpornika R, uključeni u električni krug, kratko su spojeni u seriju.

Nedostatak kontaktnih senzora je teškoća kontinuiranog praćenja i ograničen vijek trajanja kontaktnog sistema. Ali zbog ekstremne jednostavnosti ovih senzora, oni se široko koriste u sistemima automatizacije.

Reostatski senzori su otpornik varijabilnog otpora. Ulazna vrijednost senzora je kretanje kontakta, a izlazna vrijednost je promjena njegovog otpora. Pokretni kontakt je mehanički povezan sa objektom čiji pomak (ugaoni ili linearni) treba transformisati.

Najrasprostranjeniji je potenciometrijski sklop za uključivanje reostatskog senzora, u kojem se reostat uključuje prema kolu djelitelja napona. Podsjetimo da je djelitelj napona električni uređaj za podjelu jednosmjernog ili naizmjeničnog napona na dijelove; djelitelj napona vam omogućava da uklonite (koristite) samo dio dostupnog napona kroz elemente električnog kruga koji se sastoji od otpornika, kondenzatora ili induktora. Promjenjivi otpornik spojen prema krugu djelitelja napona naziva se potenciometar.

Tipično, reostat senzori se koriste u mehaničkim merni instrumenti za pretvaranje njihovih očitanja u električne veličine (struja ili napon), na primjer, u mjeračima nivoa s plovkom za tekućine, raznim mjeračima tlaka itd.

Senzor u obliku jednostavnog reostata se gotovo nikada ne koristi zbog značajne nelinearnosti njegove statičke karakteristike. I n \u003d f (x), gdje je I n- struja opterećenja.

Izlazna vrijednost takvog senzora je pad napona U out između pokretnog i jednog od fiksnih kontakata. Zavisnost izlaznog napona o pomaku x kontakta U out \u003d f(x) odgovara zakonu promjene otpora duž potenciometra. Zakon raspodjele otpora po dužini potenciometra, određen njegovom konstrukcijom, može biti linearan ili nelinearan.

Potenciometrijski senzori, koji su strukturno promjenjivi otpornici, izrađuju se od različitih materijala - žice za namotaje, metalnih filmova, poluvodiča itd.

Merač naprezanja (mjerači naprezanja) se koriste za mjerenje mehaničkih naprezanja, malih deformacija, vibracija. Djelovanje mjerača naprezanja temelji se na tenzorefektu, koji se sastoji u promjeni aktivnog otpora provodnika i poluvodičkih materijala pod utjecajem sila koje se na njih primjenjuju.

Termometrijski senzori (termistori) - otpor zavisi od temperature. Termistori kao senzori se koriste na dva načina:

1) Temperatura termistora je određena okolinom; struja koja prolazi kroz termistor je toliko mala da ne zagrijava termistor. Pod ovim uslovima, termistor se koristi kao temperaturni senzor i često se naziva "otporni termometar".

2) Temperatura termistora je određena stepenom zagrevanja konstantnom strujom i uslovima hlađenja. U ovom slučaju, utvrđena temperatura je određena uslovima prenosa toplote površine termistora (brzina okoline - gasa ili tečnosti - u odnosu na termistor, njegova gustina, viskozitet i temperatura), pa se termistor može koristiti kao senzor za brzinu protoka, toplotnu provodljivost okoline, gustinu gasa itd. Kod senzora ove vrste dolazi do dvostepene transformacije: izmerena vrednost se prvo pretvara u promenu temperature termistora, koja se zatim pretvara u promjenu otpora.

Termistori se izrađuju i od čistih metala i od poluvodiča.Materijal od kojeg se izrađuju takvi senzori mora imati visok temperaturni koeficijent otpornosti, po mogućnosti linearnu ovisnost otpora od temperature, dobru ponovljivost svojstava i inertnost na utjecaje okoline. Platina u najvećoj meri zadovoljava sva ova svojstva; u nešto manjem - bakar i nikl.

U poređenju sa metalnim termistorima, poluprovodnički termistori (termistori) imaju veću osetljivost.

Induktivni senzori služe za beskontaktno dobijanje informacija o kretanju radnih tela mašina, mehanizama, robota itd. i pretvaranje ove informacije u električni signal.

Princip rada induktivnog senzora zasniva se na promjeni induktivnosti namota na magnetskom kolu, ovisno o položaju pojedinih elemenata magnetskog kruga (armatura, jezgra itd.). U takvim senzorima, linearno ili kutno kretanje X(ulazna veličina) se pretvara u promjenu induktivnosti ( L) senzor. Koriste se za mjerenje ugaonih i linearnih pomaka, deformacija, kontrolu dimenzija itd.

U najjednostavnijem slučaju, induktivni senzor je induktor s magnetskim krugom, čiji se pokretni element (armatura) pomiče pod djelovanjem mjerene vrijednosti.

Induktivni senzor prepoznaje i u skladu s tim reagira na sve vodljive objekte. Induktivni senzor je beskontaktan, ne zahtijeva mehaničko djelovanje, radi beskontaktno promjenom elektromagnetnog polja.

Prednosti

- nema mehaničkog habanja, nema kvarova na kontaktu

- bez odbijanja kontakta i lažnih pozitivnih rezultata

- visoka frekvencija prebacivanja do 3000 Hz

- otporan na mehanička opterećenja

Nedostaci - relativno niska osjetljivost, ovisnost induktivnog otpora od frekvencije napona napajanja, značajna povratna sprega senzora na izmjerenu vrijednost (zbog privlačenja armature prema jezgru).

Kapacitivni senzori - princip rada zasniva se na zavisnosti električne kapacitivnosti kondenzatora o dimenzijama, relativnom položaju njegovih ploča i o dielektričnoj konstanti medija između njih.

Za ravni kondenzator s dvije ploče, električni kapacitet je određen izrazom:

C \u003d e 0 e S /h

Gdje e 0- dielektrična konstanta; e- relativna permitivnost medija između ploča; S- aktivna površina ploča; hje razmak između ploča kondenzatora.

Zavisnosti C(S) I C(h) se koristi za pretvaranje mehaničkih kretanja u promjenu kapacitivnosti.

Kapacitivni senzori, kao i induktivni, napajaju se izmjeničnim naponom (obično povećane frekvencije - do desetina megaherca). Kao mjerna kola obično se koriste mostna kola i kola koja koriste rezonantna kola. U potonjem slučaju, u pravilu se koristi ovisnost frekvencije oscilovanja generatora od kapaciteta rezonantnog kola, tj. senzor ima frekvencijski izlaz.

Prednosti kapacitivnih senzora su jednostavnost, visoka osjetljivost i niska inercija. Nedostaci - utjecaj vanjskih električnih polja, relativna složenost mjernih uređaja.

Kapacitivni senzori se koriste za mjerenje ugaonih pomaka, vrlo malih linearnih pomaka, vibracija, brzina kretanja itd., kao i za reprodukciju određenih funkcija (harmoničnih, pilastih, pravokutnih, itd.).

Kapacitivni pretvarači, permitivnoste koji se menjaju usled pomeranja, deformacije ili promene sastava dielektrika, koriste se kao senzori nivoa za neprovodne tečnosti, rasute i praškaste materijale, debljinu sloja neprovodnih materijala (debljinomeri), kao i praćenje vlažnosti i sastava supstance.

Senzori - Generatori

Senzori generatora izvršiti direktnu konverziju ulazne vrijednosti X u električni signal. Takvi senzori pretvaraju energiju izvora ulazne (mjerene) veličine odmah u električni signal, tj. oni su, takoreći, generatori električne energije (otuda i naziv takvih senzora - generiraju električni signal).

Dodatni izvori napajanja za rad takvih senzora u osnovi nisu potrebni (ipak, može biti potrebna dodatna snaga za pojačanje izlaznog signala senzora, pretvaranje u druge vrste signala i za druge svrhe). Generatori su termoelektrični, piezoelektrični, indukcijski, fotoelektrični i mnoge druge vrste senzora.

Induktivni senzori izmjerena neelektrična veličina se pretvara u EMF indukcije. Princip rada senzora zasniva se na zakonu elektromagnetne indukcije. Ovi senzori uključuju tahogeneratore jednosmerne i naizmjenične struje, koji su mali električni strojevi generatori, kod kojih je izlazni napon proporcionalan kutnoj brzini rotacije osovine generatora. Tahogeneratori se koriste kao senzori ugaona brzina.

Tahogenerator je električna mašina koja radi u generatorskom režimu. U ovom slučaju, generirani EMF je proporcionalan brzini rotacije i veličini magnetskog fluksa. Osim toga, s promjenom brzine rotacije, mijenja se i frekvencija EMF-a. Koriste se kao senzori brzine (brzine).

temperaturni senzori. U modernom industrijska proizvodnja najčešća su mjerenja temperature (na primjer, u srednjoj nuklearnoj elektrani postoji oko 1500 tačaka na kojima se vrše takva mjerenja, a u velikom preduzeću hemijske industrije ima više od 20 hiljada takvih tačaka). Širok raspon mjerenih temperatura, različiti uvjeti za korištenje mjernih instrumenata i zahtjevi za njima određuju raznolikost mjernih instrumenata koji se koriste.

Ako uzmemo u obzir temperaturne senzore za industrijsku primjenu, onda možemo razlikovati njihove glavne klase: silikonski temperaturni senzori, bimetalni senzori, tekući i gasni termometri, termički indikatori, termistori, termoparovi, otporni termoparovi, infracrveni senzori.

Silikonski temperaturni senzori koristiti ovisnost otpora poluvodičkog silicija o temperaturi. Opseg mjerenih temperatura je -50…+150 0 C . Uglavnom se koriste za mjerenje temperature unutar elektronskih uređaja.

Bimetalni senzor napravljen od dvije različite metalne ploče spojene zajedno. Različiti metali imaju različite koeficijente toplinskog širenja. Ako se metali spojeni na ploču zagriju ili ohlade, tada će se ona saviti, dok zatvara (otvara) električne kontakte ili pomjera strelicu indikatora. Opseg rada bimetalnih senzora -40…+550 0 C. Koristi se za mjerenje površine čvrste materije i temperature tečnosti. Glavna područja primjene su automobilska industrija, sistemi grijanja i grijanja vode.

Termički indikatori - To su posebne supstance koje menjaju boju pod uticajem temperature. Promjena boje može biti reverzibilna ili nepovratna. Proizvedeni su u obliku filmova.

Otporni termalni pretvarači

Princip rada otpornih termoparova (termistora) zasniva se na promjeni električnog otpora vodiča i poluvodiča u zavisnosti od temperature (o čemu je bilo riječi ranije).

Platinasti termistori su dizajnirani za mjerenje temperatura u rasponu od -260 do 1100 0 C. Jeftiniji bakarni termistori, koji imaju linearnu ovisnost otpora o temperaturi, imaju široku primjenu u praksi.

Nedostatak bakra je njegova mala otpornost i laka oksidacija na visokim temperaturama, zbog čega je krajnja granica upotrebe bakrenih otpornih termometara ograničena na temperaturu od 180 0 C. U pogledu stabilnosti i ponovljivosti karakteristika, bakreni termistori su inferiorni od platinastih. Nikl se koristi u jeftinim senzorima za mjerenja u rasponu sobne temperature.

Poluprovodnički termistori (termistori) imaju negativan ili pozitivan temperaturni koeficijent otpora, čija je vrijednost na 20 0 C (2 ... 8) * 10 -2 (0 C) -1, tj. red veličine veći od bakra i platine. Poluvodički termistori vrlo malih dimenzija imaju visoke vrijednosti otpora (do 1 MΩ). kao poluprovodnik. Materijal koji se koristi su metalni oksidi: poluvodički termistori tipa KMT - mješavina oksida kobalta i mangana i MMT - bakra i mangana.

Poluvodički temperaturni senzori imaju visoku stabilnost karakteristika tokom vremena i koriste se za promjenu temperatura u rasponu od -100 do 200 0 C.

Termoelektrični pretvarači (termoparovi) - str Princip rada termoparova zasniva se na termoelektričnom efektu, koja se sastoji u činjenici da u prisustvu temperaturne razlike između spojeva (spjeva) dva različita metala ili poluvodiča, u krugu nastaje elektromotorna sila koja se naziva termoelektromotorna sila (skraćeno termo-EMF). U određenom temperaturnom rasponu možemo pretpostaviti da je termo-EMF direktno proporcionalan temperaturnoj razlici∆T\u003d T 1 - T 0 između spoja i krajeva termoelementa.

Međusobno povezani krajevi termoelementa, uronjeni u medij čija se temperatura mjeri, nazivaju se radnim krajem termoelementa. Krajevi koji su unutra okruženje, a koji su obično povezani žicama s mjernim krugom, nazivaju se slobodni krajevi. Temperatura ovih krajeva mora biti konstantna. Pod ovim uslovom, termo-EMF E t će zavisiti samo od temperature T1radni kraj.

U out \u003d E t \u003d C ( T 1 - T 0) ,

gdje je C koeficijent koji ovisi o materijalu provodnika termoelementa.

EMF koji stvaraju termoparovi je relativno mali: ne prelazi 8 mV na svakih 100 0 C i obično ne prelazi 70 mV u apsolutnoj vrijednosti. Termoparovi vam omogućavaju mjerenje temperature u rasponu od -200 do 2200 0 C.

Platina, platina-rodijum, hromel i alumel se najčešće koriste za proizvodnju termoelektričnih pretvarača.

Termoparovi imaju sljedeće prednosti: jednostavnost proizvodnje i pouzdanost u radu, niska cijena, nedostataknapajanje i mogućnost mjerenja u širokom temperaturnom rasponu.

Uz to, termoparove karakteriziraju i neki mane- manja preciznost mjerenja od termistora, prisutnost značajne termičke inercije, potreba za uvođenjem korekcije za temperaturu slobodnih krajeva i potreba za korištenjem posebnih spojnih žica.

Infracrveni senzori (pirometri) - koristite energiju zračenja zagrijanih tijela, što vam omogućava mjerenje površinske temperature na daljinu. Pirometri se dijele na zračenje, svjetlinu i boju.

Radijacijski pirometri se koriste za mjerenje temperatura od 20 do 2500 0 C, a uređaj mjeri integralni intenzitet zračenja stvarnog objekta.

Svjetlosni (optički) pirometri se koriste za mjerenje temperatura od 500 do 4000 0 C. Zasnovani su na poređenju u uskom dijelu spektra svjetline posmatranog objekta sa svjetlinom uzornog emitera (fotometrijske lampe).

Pirometri u boji se zasnivaju na mjerenju omjera intenziteta zračenja na dvije talasne dužine, koje se obično biraju u crvenom ili plavom dijelu spektra; koriste se za mjerenje temperatura u rasponu od 800 0 C.

Pirometri mjere temperaturu u teško dostupnim mestima i temperaturu pokretnih objekata, visoke temperature gdje drugi senzori više ne rade.

Za mjerenje temperatura od -80 do 250 0 C često se koriste takozvani kvarcni termalni pretvarači koji koriste ovisnost prirodne frekvencije kvarcnog elementa o temperaturi. Rad ovih senzora zasniva se na činjenici da se ovisnost frekvencije pretvarača o temperaturi i linearnosti funkcije konverzije mijenjaju ovisno o orijentaciji reza u odnosu na osi kvarcnog kristala. Ovi senzori se široko koriste u digitalnim termometrima.

Piezoelektrični senzori

Djelovanje piezoelektričnih senzora temelji se na korištenju piezoelektričnog efekta (piezoelektričnog efekta), koji se sastoji u tome da se prilikom sabijanja ili rastezanja nekih kristala na njihovim licu pojavljuje električni naboj čija je veličina proporcionalna djelovanju sila.

Piezoelektrični efekat je reverzibilan, odnosno primijenjeni napon uzrokuje deformaciju piezoelektričnog uzorka – njegovu kompresiju ili istezanje, prema predznaku primijenjenog napona. Ovaj fenomen, nazvan inverzni piezoelektrični efekat, koristi se za pobuđivanje i primanje akustičnih vibracija zvučnih i ultrazvučnih frekvencija.

Koristi se za mjerenje sila, pritiska, vibracija itd.

Optički (fotoelektrični) senzori

Razlikovati analogni I diskretno optički senzori. Za analogne senzore, izlazni signal se mijenja proporcionalno ambijentalnom svjetlu. Glavno područje primjene su automatizirani sistemi upravljanja rasvjetom.

Senzori diskretnog tipa mijenjaju izlazno stanje u suprotno kada se postigne podešena vrijednost osvjetljenja.

Fotoelektrični senzori se mogu primijeniti u gotovo svim industrijama. Senzori diskretnog djelovanja koriste se kao svojevrsni indikativni prekidači za brojanje, detekciju, pozicioniranje i druge zadatke na bilo kojoj tehnološkoj liniji.

, registruje promjenu svjetlosnog toka u kontroliranom području , povezana s promjenom položaja u prostoru bilo kojeg pokretnog dijela mehanizama i strojeva, odsutnošću ili prisustvom objekata. Zahvaljujući velikim udaljenostima senzora optički senzori blizine našla široku primenu u industriji i ne samo.

Optički senzor blizine sastoji se od dvije funkcionalne jedinice, prijemnika i emitera. Ovi čvorovi se mogu izraditi i u istom kućištu i u različitim kućištima.

Prema metodi detekcije objekata, fotoelektrični senzori se dijele u 4 grupe:

1) ukrštanje grede- u ovoj metodi, predajnik i prijemnik su razdvojeni u različita kućišta, što im omogućava da budu postavljeni jedan naspram drugog na radnoj udaljenosti. Princip rada zasniva se na činjenici da odašiljač neprestano šalje svjetlosni snop, koji prima prijemnik. Ako svjetlosni signal senzora prestane, kao rezultat preklapanja od strane objekta treće strane, prijemnik odmah reagira promjenom stanja izlaza.

2) refleksija od reflektora- kod ove metode prijemnik i predajnik senzora su u istom kućištu. Nasuprot senzoru je postavljen reflektor (reflektor). Reflektorski senzori su dizajnirani na način da zahvaljujući polarizacijskom filteru percipiraju refleksiju samo od reflektora. To su reflektori koji rade na principu dvostruke refleksije. Izbor odgovarajućeg reflektora određen je potrebnom udaljenosti i mogućnostima ugradnje.

Svetlosni signal koji šalje predajnik reflektuje se od reflektora i ulazi u prijemnik senzora. Ako se svjetlosni signal zaustavi, prijemnik odmah reagira promjenom stanja izlaza.

3) refleksija od objekta- kod ove metode prijemnik i predajnik senzora su u istom kućištu. Tokom radnog stanja senzora, svi predmeti koji upadnu u njegovo radno područje postaju svojevrsni reflektori. Čim svjetlosni snop reflektiran od objekta udari u prijemnik senzora, on odmah reagira promjenom izlaznog stanja.

4) refleksija fiksnog objekta - princip rada senzora je isti kao i kod "refleksije od objekta", ali je osjetljiviji na odstupanja od podešavanja na objektu. Na primjer, moguće je otkriti natečeni čep na boci kefira, nepotpuno punjenje vakuumskog pakiranja proizvodima itd.

Fotosenzori se prema namjeni dijele u dvije glavne grupe: senzori za opću upotrebu i specijalni senzori. Specijalni senzori uključuju tipove senzora dizajniranih za rješavanje užeg spektra zadataka. Na primjer, detekcija oznake u boji na objektu, detekcija kontrastne ivice, prisutnost naljepnice na prozirnom pakiranju itd.

Zadatak senzora je da detektuje objekat na daljinu. Ova udaljenost varira između 0,3 mm-50 m, ovisno o odabranom tipu senzora i metodi detekcije.

Mikrotalasni senzori

Taster-relejne konzole zamjenjuju se automatskim upravljačkim sistemima baziranim na mikroprocesoru tehnološki proces(APCS) najviših performansi i pouzdanosti, senzori su opremljeni digitalnim komunikacionim interfejsima, ali to ne dovodi uvek do povećanja ukupne pouzdanosti sistema i pouzdanosti njegovog rada. Razlog je što su sami principi rada većine poznate vrste senzori nameću ozbiljna ograničenja na uslove u kojima se mogu koristiti.

Na primjer, beskontaktni (kapacitivni i induktivni), kao i uređaji za kontrolu brzine tahogeneratora (UKS) se široko koriste za praćenje brzine industrijskih mehanizama. Tahogenerator UKS ima mehaničku vezu sa pokretnim objektom, a zona osjetljivosti beskontaktnih uređaja ne prelazi nekoliko centimetara.

Sve to ne samo da stvara neugodnosti prilikom ugradnje senzora, već i značajno otežava korištenje ovih uređaja u uvjetima prašine koja se lijepi za radne površine, izazivajući lažne alarme. Navedeni tipovi senzora ne mogu direktno upravljati objektom (npr. pokretnom trakom) - oni su podešeni na kretanje valjaka, impelera, zateznih bubnjeva itd. Izlazni signali nekih uređaja su toliko slabi da su ispod nivoa industrijskih smetnji od rada snažnih električnih mašina.

Slične poteškoće nastaju kada se koriste tradicionalni detektori nivoa - senzori za prisustvo rasutih proizvoda. Takvi su uređaji neophodni za pravovremeno zatvaranje dovoda sirovina u proizvodne rezervoare. Lažni alarmi nisu uzrokovani samo lijepljenjem i prašinom, već i dodirivanjem protoka proizvoda kada uđe u spremnik. U negrijanim prostorijama na rad senzora utiče temperatura okoline. Lažni alarmi dovode do čestih zaustavljanja i pokretanja tereta tehnološke opreme- glavni uzrok njegovih nesreća, dovode do začepljenja, lomljenja transportera, pojave opasnosti od požara i eksplozije.

Ovi problemi prije nekoliko godina doveli su do razvoja fundamentalno novih tipova uređaja - radarskih senzora za kontrolu brzine, kretanja i senzora zaleđa, čiji se rad temelji na interakciji kontroliranog objekta s radio signalom frekvencije od oko 10 10 Hz.

Upotreba mikrovalnih metoda za praćenje stanja tehnološke opreme omogućuje potpuno uklanjanje nedostataka tradicionalnih tipova senzora.

Prepoznatljive karakteristike ovi uređaji su:

Nedostatak mehaničkog i električnog kontakta sa objektom (okolinom), udaljenost od senzora do objekta može biti nekoliko metara;

Direktno upravljanje objektom (transportna traka, lanac) a ne njihovim pogonima, zateznim bubnjevima i sl.;

Niska potrošnja energije;

Neosjetljivost na lijepljenje proizvoda zbog velikih radnih udaljenosti;

Visoka otpornost na buku i usmjerenost djelovanja;

Jednokratno podešavanje za cijeli vijek trajanja;

Visoka pouzdanost, sigurnost, odsustvo jonizujućeg zračenja.

Princip rada senzora temelji se na promjeni frekvencije radio signala reflektiranog od objekta koji se kreće. Ovaj fenomen ( "Doplerov efekat") se široko koristi u radarskim sistemima za daljinsko mjerenje brzine. Pokretni objekt uzrokuje pojavu električnog signala na izlazu mikrovalnog primopredajnog modula.

Budući da razina signala ovisi o svojstvima reflektirajućeg objekta, senzori pokreta se mogu koristiti za signaliziranje prekida strujnog kruga (traka), prisutnosti bilo kakvih predmeta ili materijala na transportnoj traci. Traka ima glatku površinu i nisku refleksivnost. Kada proizvod počne da se kreće pored senzora postavljenog iznad radne grane transportera, povećavajući koeficijent refleksije, uređaj signalizira o kretanju, odnosno da traka nije prazna. Po trajanju izlaznog impulsa može se suditi o veličini objekata koji se pomiču na značajnoj udaljenosti, izvršiti selekciju itd.

Ako je potrebno napuniti bilo koji kontejner (od bunkera do okna), moguće je precizno odrediti trenutak kada je punjenje završeno - senzor spušten na određenu dubinu pokazat će kretanje punila dok se ne napuni.

Konkretni primjeri Upotreba mikrotalasnih senzora pokreta u različitim industrijama određena je njegovim specifičnostima, ali generalno oni su u stanju da reše širok spektar problema nesmetanog rada opreme i povećaju informacioni sadržaj automatizovanih upravljačkih sistema.

Spisak korištenih izvora

1) E.M. Gordin, Yu.Sh. Mitnik, V.A. Tarlyn

Osnove automatizacije i računarske tehnologije

Moskva "Inženjering", 1978

2) Gustav Olsson, Gianguido Piani

Digitalni sistemi automatizacije i upravljanja

Sankt Peterburg: Nevski dijalekt, 2001

3) V.V. Sazonov Smjernice za implementaciju laboratorijski rad

"Istraživanje reostatskog senzora linearnog pomaka"

4) Čugainov N.G. Sažetak "Temperaturni senzor", Krasnojarsk 2003

5) Fedosov A. V. Sažetak "Senzori brzine" - Moskva 2003.

6) D. N. Shestakov, generalni direktor PromRadar doo

Mikrovalni senzori za industrijsku primjenu

7) Časopis "Moderna elektronika" 6, 2006

8) Katalog preduzeća "Senzor"

9) OMRON komponente / fotoelektrični senzori

Autor članka : Sergej Nikulin, predavač, EE „Gomel State Politechnic koledž " .

- radi se o senzorima koji rade bez fizičkog i mehaničkog kontakta. Rade kroz električno i magnetsko polje, a široko se koriste i optički senzori. U ovom članku ćemo analizirati sve tri vrste senzora: optički, kapacitivni i induktivni, a na kraju ćemo napraviti eksperiment sa induktivnim senzorom. Inače, narod zove i beskontaktne senzore blizinske sklopke, pa se ne plašite ako vidite takvo ime ;-).

optički senzor

Dakle, nekoliko riječi o optičkim senzorima... Princip rada optičkih senzora prikazan je na donjoj slici

barijera

Sjećate li se nekih kadrova iz filmova gdje su glavni likovi morali proći kroz optičke zrake i ne pogoditi nijedan od njih? Ako je zrak dodirnuo bilo koji dio tijela, aktivirao se alarm.

Zrak emituje neki izvor. A tu je i "prijemnik zraka", odnosno stvar koja prima zrak. Čim nema zraka na prijemniku snopa, kontakt će se odmah uključiti ili isključiti u njemu, koji će direktno kontrolirati alarm ili nešto drugo po vašem nahođenju. U osnovi, izvor snopa i prijemnik, pravilno nazvani "fotodetektor", dolaze u paru.

SKB IS optički senzori pokreta su veoma popularni u Rusiji.

Ovi tipovi senzora imaju i izvor svjetlosti i fotodetektor. Oni se nalaze u samom tijelu ovih senzora. Svaki tip senzora je kompletnog dizajna i koristi se u brojnim mašinama gdje je potrebna povećana preciznost obrade, do 1 mikrometar. U osnovi, to su mašine sa sistemom H logicno P softver At ploča ( CNC) koji rade po programu i zahtijevaju minimalnu ljudsku intervenciju. Ovi beskontaktni senzori su izgrađeni na ovom principu

Ove vrste senzora označavaju se slovom “T” i nazivaju se barijera. Čim je optički snop bio prekinut, senzor je proradio.

Pros:

domet može doseći i do 150 metara
visoka pouzdanost i otpornost na buku

Minusi:

na velikim udaljenostima senzora, potrebno je fino podešavanje fotodetektora na optički snop.

Reflex

Reflektivni tip senzora je označen slovom R. Kod ovih tipova senzora, emiter i prijemnik se nalaze u istom kućištu.

Princip rada može se vidjeti na donjoj slici.

Svjetlost od emitera se odbija od nekog reflektora (reflektora) i ulazi u prijemnik. Čim snop bude prekinut bilo kojim predmetom, senzor se aktivira. Ovaj senzor je vrlo praktičan na transportnim linijama prilikom brojanja proizvoda.

difuzija

I posljednja vrsta optičkih senzora - difuzija - označena slovom D. Mogu izgledati drugačije:

Princip rada je isti kao kod refleksa, ali se ovdje svjetlost već odbija od objekata. Takvi senzori su dizajnirani za malu udaljenost senzora i nepretenciozni su u svom radu.

Kapacitivni i induktivni senzori

Optika je optika, ali induktivni i kapacitivni senzori smatraju se najnepretencioznijim u svom radu i vrlo pouzdanim. Ovako izgledaju

Oni su veoma slični jedno drugom. Princip njihovog rada povezan je s promjenom magnetskog i električno polje. Induktivni senzori se aktiviraju kada im se dovede bilo koji metal. Ne kljucaju na druge materijale. Kapacitivni djeluju na gotovo svaku supstancu.

Kako radi induktivni senzor

Kako kažu, bolje je jednom vidjeti nego sto puta čuti, pa hajde da malo eksperimentiramo induktivni senzor.

Dakle, naš gost je induktivni senzor ruske proizvodnje

Čitamo šta piše na njemu

WBI senzor marke bla bla bla bla, S - udaljenost senzora, ovdje je 2 mm, U1 - verzija za umjerenu klimu, IP - 67 - nivo zaštite(ukratko, nivo zaštite ovde je veoma visok), U b - napon na kojem senzor radi, ovdje napon može biti u rasponu od 10 do 30 volti, I opterećenje - struja opterećenja, ovaj senzor može isporučiti do 200 miliampera struje do opterećenja, mislim da je ovo pristojno.

Na poleđini etikete je dijagram ožičenja za ovaj senzor.

Pa, hajde da procijenimo rad senzora? Da bismo to učinili, držimo se tereta. Opterećenje koje ćemo imati je LED dioda spojena serijski sa otpornikom nominalne vrijednosti 1 kOhm. Zašto nam je potreban otpornik? LED dioda u trenutku uključivanja počinje mahnito jesti struju i izgara. Da bi se to spriječilo, otpornik se postavlja u seriju sa LED diodom.

Na smeđoj žici senzora napajamo plus iz napajanja, a na plavoj žici - minus. Napon koji sam uzeo bio je 15 volti.

Dolazi trenutak istine... Dovodimo do radni prostor senzor je metalni predmet, a senzor odmah radi, kako nam govori LED ugrađen u senzor, kao i naš eksperimentalni LED.

Senzor ne reaguje na materijale osim metala. Tegla kolofonija mu ništa ne znači :-).

Umjesto LED-a, može se koristiti ulaz logičkog kola, odnosno senzor, kada se aktivira, daje logički jedan signal koji se može koristiti u digitalnim uređajima.

Zaključak

U svijetu elektronike, ova tri tipa senzora su u sve većoj upotrebi. Svake godine proizvodnja ovih senzora raste i raste. Koriste se u apsolutno različitim oblastima industrije. Automatizacija i robotika ne bi bili mogući bez ovih senzora. U ovom članku analizirao sam samo najjednostavnije senzore koji nam daju samo “on-off” signal ili, profesionalnim jezikom rečeno, jednu informaciju. Sofisticiraniji tipovi senzora mogu pružiti različite parametre i čak se mogu povezati direktno na računare i druge uređaje.

Kupite induktivni senzor

U našoj radio prodavnici induktivni senzori koštaju 5 puta više nego da su naručeni iz Kine sa Aliexpressa.

Evo Možete pogledati razne induktivne senzore.

Vrste senzora i njihova imena određuju se korištenjem različitih ultrazvučnih pretvarača i metoda skeniranja u njima. U zavisnosti od vrste pretvarača razlikujemo:

● sektorski mehanički senzori(sektorska mehanička sonda) - sa jedno- ili višeelementnim prstenastim rešetkama;

● linearni senzori sa višeelementnim linearnim nizovima;

● konveksni i mikro-konveksni senzori(konveksna ili mikrokonveksna sonda) - sa konveksnim i mikrokonveksnim rešetkama, respektivno;

● fazni sektorski senzori(sonda faznog niza) - sa višeelementnim linearnim nizovima;

● dvodimenzionalni rešetkasti senzori th, linearni, konveksni i sektorski.

Ovdje smo naveli glavne tipove senzora, bez navođenja njihove medicinske namjene, frekvencije rada i karakteristika dizajna.

Kod sektorskih mehaničkih senzora (sl. 2.11 a, 2.11 b), radna površina (zaštitna kapa) zatvara volumen u kojem se nalazi jednoelementni ili prstenasti ultrazvučni pretvarač koji se kreće duž ugla. Volumen ispod poklopca je ispunjen akustički prozirnom tekućinom kako bi se smanjili gubici tokom prolaska ultrazvučnih signala. Glavna karakteristika sektorskih mehaničkih senzora, pored radne frekvencije, je i kutna veličina sektora skeniranja, koja je naznačena u oznaci senzora (ponekad je dodatno navedena dužina odgovarajućeg luka H radne površine). Primjer označavanja: 3,5 MHz/90°.

Kod linearnih, konveksnih, mikrokonveksnih i faznih (sektorskih) elektronskih senzora za skeniranje radna površina se poklapa sa zračećom površinom pretvarača, koja se naziva otvor blende, i jednaka mu je po veličini. Karakteristične veličine otvora blende koriste se za označavanje senzora i pomažu u određivanju pri odabiru senzora.

Kod linearnih senzora, dužina otvora L je karakteristična (slika 2.11 c), budući da ona određuje širinu pravokutnog područja gledanja. Primjer označavanja linearnog senzora 7,5 MHz / 42 mm.

Treba imati na umu da je širina vidnog polja kod linearnog senzora uvijek manja od 20-40% dužine otvora blende. Dakle, ako je veličina otvora 42 mm, širina vidnog polja nije veća od 34 mm.

Kod konveksnih senzora vidno polje je određeno sa dve karakteristične dimenzije - dužinom luka H (ponekad njegove tetive) koji odgovara konveksnom radnom delu i ugaonom veličinom sektora skeniranja α u stepenu na slici 2.11 d Primjer označavanja konveksnog senzora: 3,5 MHz / 60 ° / 60 mm. Manje često koristite radijus za označavanje R zakrivljenost radne površine, na primjer:

3.5MHz/60 R(radijus - 60 mm).

Rice. 2.11. Glavne vrste senzora za eksterni pregled: a, b-

sektor mehanički (a - kardiološki, b - sa vodom

mlaznica); c - linearni elektronski; d - konveksna;

e - mikrokonveksna; e - fazni sektor

Kod mikrokonveksnih senzora karakterističan je R - radijus zakrivljenosti radne površine (otvora), ponekad se dodatno daje ugao luka α, koji određuje ugaonu veličinu sektora gledanja (slika 2.11,e). Primjer označavanja: 3,5 MHz/20R (radijus - 20 mm).

Za fazni sektorski senzor, ugaona veličina sektora elektronskog skeniranja data je u stepenima. Primjer označavanja: 3,5 MHz/90°.

Prikazano na sl. 2.11 senzori se koriste za eksterni pregled. Osim njih, postoji veliki broj intrakavitarnih i visokospecijaliziranih senzora.

Preporučljivo je uvesti klasifikaciju senzora prema oblastima medicinske primjene.

1. Univerzalni senzori za pregled na otvorenom(abdominalna sonda). Univerzalni senzori se koriste za pregled abdominalne regije i karličnih organa kod odraslih i djece.

2. Senzori za površinske organe(sonda za male dijelove). Koriste se za proučavanje plitkih malih organa i struktura (na primjer, štitna žlijezda, periferni sudovi, zglobovi)

3. Srčani senzori(srčana sonda). Za proučavanje srca koriste se senzori sektorskog tipa, što je povezano s posebnošću promatranja kroz međurebarni jaz. Koriste se mehanički senzori za skeniranje (jednostruki ili sa prstenastim nizom) i fazni elektronski senzori.

4. Senzori za pedijatriju(podijatrijske sonde). Za pedijatriju se koriste isti senzori kao i za odrasle. , ali samo sa višom frekvencijom (5 ili 7,5 MHz), što vam omogućava da dobijete više visoka kvaliteta slike. To je moguće zbog male veličine pacijenata.

5. Intrakavitarni senzori(intrakavitarne sonde). Postoji širok izbor intrakavitarnih senzora, koji se međusobno razlikuju po područjima medicinske primjene.

● Transvaginalni (intravaginalni) senzori (transvaginalna ili edovaginalna sonda).

● Transrektalni senzori (transrektalna ili endorektalna sonda).

● Intraoperativni senzori (intraoperativna sonda).

● Transuretralni senzori (transuretralne sonde).

● Transezofagealne sonde.

● Intravaskularni senzori (intravaskularne sonde).

6. Sonde za biopsiju ili punkciju(biopsijske ili punkcijske sonde). Koristi se za precizno vođenje igala za biopsiju ili punkciju. U tu svrhu su posebno dizajnirani senzori kod kojih igla može proći kroz rupu (ili prorez) na radnoj površini (otvoru).

7. Visoko specijalizovani senzori. Većina gore navedenih senzora ima prilično širok spektar primjena. Pri tome se može izdvojiti grupa senzora uske primjene, koje treba posebno navesti.

● Oftalmološki senzori (oftamološke sonde).

● Senzori za transkranijalne studije (transkranijalne sonde).

● Senzori za dijagnostiku sinusitisa, frontalnog sinusitisa i sinusitisa.

● Senzori za veterinu (veterinarske sonde).

8. Širokopojasni i višefrekventni senzori. U modernim složenim uređajima sve se više koriste širokopojasni senzori. Ovi senzori su strukturno dizajnirani slično konvencionalnim senzorima o kojima smo gore govorili i razlikuju se od njih po tome što koriste širokopojasni ultrazvučni pretvarač, tj. senzor sa širokim opsegom radnih frekvencija.

9. Dopler pretvarači. Senzori se koriste samo za dobivanje informacija o brzini ili rasponu brzina protoka krvi u žilama. Ovi pretvarači su razmatrani u odeljcima o Dopler ultrazvučnim instrumentima.

10. 3D senzori za obradu slike. Specijalni senzori za dobijanje 3D (trodimenzionalnih) slika se retko koriste. Konvencionalni dvodimenzionalni senzori slike se češće koriste zajedno sa posebnim uređajima koji omogućavaju skeniranje duž treće koordinate.

Kvaliteta primljenih informacija ovisi o tehničkom nivou uređaja - što je uređaj složeniji i savršeniji, to su dijagnostičke informacije veće kvalitete. Po pravilu, po tehnički nivo uređaji su podijeljeni u četiri grupe: jednostavni uređaji; aparati srednje klase; uređaji visoke klase; vrhunski uređaji (ponekad se nazivaju i vrhunski).

Među proizvođačima i korisnicima ultrazvučne dijagnostičke opreme ne postoje usaglašeni kriterijumi za ocenjivanje klase uređaja, jer postoji veoma veliki broj karakteristika i parametara po kojima se uređaji mogu međusobno porediti. Ipak, moguće je procijeniti nivo složenosti opreme, o čemu u velikoj mjeri ovisi kvalitet primljenih informacija. Jedan od glavnih tehničkih parametara koji određuju nivo složenosti ultrazvučnog skenera je maksimalni broj kanala za prijem i odašiljanje u elektronskoj jedinici uređaja, od čega više broja kanala, što je bolja osjetljivost i rezolucija - glavne karakteristike kvalitete ultrazvučne slike.

Kod jednostavnih (obično prenosivih) ultrazvučnih skenera broj kanala za prijenos-prijem nije veći od 16, kod uređaja srednje i više klase 32, 48 i 64. Kod uređaja visoke klase broj kanala može biti više od 64, na primjer, 128, 256, 512, pa čak i više. U pravilu, vrhunski i napredni ultrazvučni skeneri su uređaji s dopler mapiranjem u boji.

Vrhunski uređaji obično u potpunosti iskorištavaju moderne funkcije digitalna obrada signale, počevši gotovo od izlaza senzora. Iz tog razloga se takvi uređaji nazivaju digitalni sistemi ili platforme (digitalni sistem).

Kontrolna pitanja

1. Šta je akustična impedansa i njen uticaj na refleksiju

ultrazvuk?

2. Kako slabljenje ultrazvuka u biološkim tkivima zavisi od frekvencije?

3. Kako se spektar pulsirajućeg ultrazvučnog signala mijenja sa dubinom?

4. Koji načini rada su predviđeni u ultrazvučnim skenerima?

5. Koji je način rada IN?

6. Koji je način rada A?

7. Koji je način rada M?

8. Koji je način rada D?

9. Objasnite rad ultrazvučnog pretvarača.

10. U kojim se konfiguracijama piezoelektričnih elemenata nalaze razne vrste

senzori?

11. Koje vrste senzora postoje u ultrazvučnim skenerima?