Podjela 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 shvaća kao uređaj sposoban pretvoriti ulaznu akciju bilo koje fizičke veličine u signal prikladan za daljnju upotrebu. Danas postoji niz zahtjeva za moderne senzore:
- Nedvosmislena ovisnost izlazne vrijednosti o ulazu.
- Stabilna očitanja bez obzira na vrijeme korištenja.
- Visoka osjetljivost.
- mala veličina i mala masa.
- Nedostatak utjecaja senzora na kontrolirani proces.
- Mogućnost rada u raznim uvjetima.
- Kompatibilnost s drugim uređajima.
Svaki senzor uključuje sljedeće elemente: osjetljivi element i signalni uređaj. U nekim slučajevima može se dodati pojačalo i selektor signala, ali često za njima nema potrebe. Komponente senzora određuju princip njegovog daljnjeg rada. U tom trenutku, kada dođe do bilo kakvih promjena u objektu promatranja, one su fiksirane osjetljivim elementom. Odmah nakon toga promjene se prikazuju na signalnom uređaju čiji su podaci objektivni i informativni, ali se ne mogu automatski obraditi.
Riža. 22.
Primjer najjednostavnijeg senzora je živin termometar. Živa se koristi kao osjetljiv element, temperaturna ljestvica služi kao signalni uređaj, a temperatura je predmet promatranja. Važno je razumjeti da su očitanja senzora skup podataka, a ne informacija. Ne spremaju se u vanjsku ili unutarnju memoriju i nisu prikladni za automatiziranu obradu, pohranu i prijenos.
Svi senzori koje koriste razni tehnološka rješenja s Interneta stvari mogu se podijeliti u nekoliko kategorija. Temelj jedne od najprikladnijih klasifikacija je svrha uređaja "3:
- senzori prisutnosti i pokreta;
- detektori položaja, pomaka i razine;
- senzori brzine i ubrzanja;
- senzori sile i dodira;
- Senzori tlaka;
- mjerači protoka;
- akustični senzori;
- senzori vlage;
- detektori svjetla;
- temperaturni senzori;
- kemijski i biološki senzori.
Rad senzora uvelike se razlikuje od rada senzora. Prije svega, potrebno je zadržati se na definiciji pojma "senzor". Senzor je uređaj sposoban pretvoriti promjene nastale u objektu promatranja u informacijski signal pogodan za daljnje pohranjivanje, obradu i prijenos.
Shema rada senzora je bliska lančanoj karakteristici senzora. U određenom smislu, senzor se može tumačiti kao poboljšani senzor, budući da se njegova struktura može izraziti kao "komponente senzora" + "jedinica za obradu informacija". Funkcionalni dijagram senzora je sljedeći.
Riža. 23.
Istodobno, klasifikacija senzora prema namjeni je ekvivalentna istoj klasifikaciji za senzore. Često senzori i pretvarači mogu mjeriti istu vrijednost za isti objekt, ali će senzori prikazati podatke, a senzori će ih također pretvoriti u informacijski signal.
Osim toga, postoji posebna vrsta senzora koju ima smisla uzeti u obzir za razumijevanje koncepta interneta stvari. To su takozvani "pametni" senzori, čiji je funkcionalni dijagram nadopunjen prisutnošću algoritama za primarnu obradu prikupljenih informacija. Dakle, konvencionalni senzor je u stanju obraditi podatke i pružiti ih u obliku informacija, dok je "pametni" senzor u stanju izvršiti bilo koju radnju s podacima koje je sam uhvatio iz vanjskog okruženja.
U budućnosti možemo očekivati ozbiljan razvoj 3D senzora sposobnih skenirati okolni prostor s velikom preciznošću i graditi njegov virtualni model. Dakle, trenutno Capri 3D senzor može odrediti kretanje ljudi i njihove metričke karakteristike.
teristika. Osim toga, ovaj senzor može skenirati objekt u okruženju i spremiti podatke u SAE datoteku za daljnji ispis na 3D printeru.
Riža. 24. Capri 3D senzor spojen na Samsung Nexus 10
Posebnu pozornost zaslužuje razvoj uređaja koji kombiniraju nekoliko senzora odjednom. drugačiji tip. Kao što je spomenuto u stavku 2.2.1, znanje zahtijeva informacije o različite karakteristike objekt. A korištenje različitih senzora omogućuje vam da dobijete potrebne informacije. U određenom smislu, takvi uređaji zapravo mogu prepoznati ljude. Primjer takvog uređaja je bežični kontroler Kinekt koji se koristi u modernim videoigrama.
Senzor boje IR odašiljača
Niz mikrofona
Riža. 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. Zrake koje izlaze iz infracrvenog odašiljača reflektiraju se i ulaze u infracrveni prijemnik. Zahvaljujući tome moguće je dobiti informaciju o prostornom položaju osobe koja igra video igru. Kamera je sposobna uhvatiti različite podatke o boji, a mikrofoni mogu uhvatiti glasovne naredbe igrača. Kao rezultat toga, kontroler može prikupiti dovoljno informacija o osobi kako bi mogao kontrolirati igru pokretima ili glasovnim naredbama.
U nekom smislu, Ktec kontroler! pripada području tehnologija interneta stvari. Sposoban je identificirati igrača, prikupiti informacije o njemu i prenijeti ih na druge uređaje (igraću konzolu). Ali takav skup senzora potencijalno se može koristiti u drugim obećavajućim područjima za koncept interneta stvari, uključujući implementaciju tehnologija pametne kuće.
Do 70. godine prošlog stoljeća svaki je automobil bio opremljen s najviše tri senzora: razine goriva, temperature rashladne tekućine i tlaka ulja. Bili su spojeni na magnetoelektrične i svjetlosne indikacijske uređaje na instrument ploči. Njihova je svrha bila samo informirati vozača o parametrima motora i količini goriva. Tada je uređaj automobilskih senzora bio vrlo jednostavan.
No vrijeme je prolazilo, a 70-ih godina istog stoljeća proizvođači automobila počeli su smanjivati sadržaj štetne tvari u ispušnim plinovima koji izlaze s pokretnih traka njihovih automobila. Za to potrebni automobilski senzori više ništa nisu javljali vozaču, već su mu samo prenosili informacije o radu motora. Njihov ukupan broj u svakom automobilu značajno se povećao. Sljedeće desetljeće obilježila je borba za sigurnost pri korištenju strojeva, za što su dizajnirani novi senzori. Namijenjeni su za rad sustava protiv blokiranja kotača i aktiviranje zračnih jastuka tijekom prometnih nesreća.
ABS
Ovaj sustav je dizajniran da spriječi potpuno blokiranje kotača prilikom kočenja. Stoga uređaj nužno sadrži senzore brzine kotača. Njihov dizajn je različit. Ili su pasivni ili aktivni.
- Pasivni su uglavnom induktivni senzori. Sam senzor sastoji se od čelične jezgre i zavojnice s velikim brojem zavoja tanke emajlirane bakrene žice. Kako bi mogao obavljati svoje funkcije, na pogon ili glavčinu kotača pritisne se čelični zupčanički prsten. I senzor je fiksiran tako da kada se kotač okreće, zubi prolaze blizu jezgre i induciraju električne impulse u zavojnici. Njihova stopa ponavljanja bit će proporcionalan izraz brzine rotacije kotača. Prednosti ove vrste uređaja su: jednostavnost, nedostatak snage i niska cijena. Mana im je premala amplituda pulsa pri brzinama do 7 km/h.
- Aktivni, koji su dvije vrste. Neki se temelje na dobro poznatom Hallovom efektu. Drugi su magnetorezistivni na temelju istoimenog fenomena. Magnetootporni učinak sastoji se u promjeni električnog otpora poluvodiča kada uđe u magnetsko polje. Obje vrste aktivnih senzora karakterizira dovoljna amplituda impulsa pri bilo kojoj brzini. Ali njihov je uređaj složeniji, a cijena je veća od pasivnih. A činjenica da im je potrebna hrana ne može se nazvati prednošću.
Sustav podmazivanja
Automobilski senzori koji kontroliraju parametre ovog sustava su tri vrste:
Hlađenje motora
Automobil s karburatorskim motorom bio je opremljen s dva temperaturna senzora. Jedan je uključivao električni ventilator radijatora za održavanje radne temperature. Uređaj za prikaz je uzeo očitanja od drugog. Rashladni sustav modernog automobila opremljenog elektroničkom upravljačkom jedinicom motora (ECU) također ima dva temperaturna senzora. Jedan od njih koristi uređaj za prikaz temperature rashladne tekućine u sklopu instrumenata. Za rad ECU-a potreban je još jedan senzor temperature. Njihova struktura je bitno drugačija. Oba su NTC termistori. To jest, njihov otpor opada s padom temperature.
usisni trakt
- Senzor masenog protoka zraka (DMRV). Dizajniran za određivanje volumena zraka koji ulazi u cilindre. Ovo je neophodno za izračun količine goriva za stvaranje 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. Onaj drugi, referentni, udaljen je od njega. Struje koje prolaze kroz njih uspoređuju se u ECU. Razlika između njih određuje volumen zraka koji ulazi u motor. Ponekad se za veću točnost uzima u obzir temperatura zraka.
- Senzor apsolutnog tlaka u usisnom razvodniku, koji se naziva i MAP senzor. Koristi se za određivanje volumena zraka koji ulazi u cilindre. Može biti alternativa DMRV-u za turbo motore. Uređaj se sastoji od tijela i keramičke dijafragme presvučene tenzorezističkim filmom. Volumen tijela podijeljen je dijafragmom na 2 dijela. Jedan od njih je zapečaćen i iz njega se ispumpava zrak. Drugi je cijevicom povezan s usisnom granom, pa je tlak u njemu jednak tlaku zraka ubrizganog u motor. Pod djelovanjem tog pritiska dijafragma se deformira, što mijenja otpor filma na njoj. Ovaj otpor karakterizira apsolutni tlak zraka u razvodniku.
- Senzor položaja leptira za gas (TPS). Daje signal proporcionalan kutu otvaranja zračne zaklopke. To je, u biti, promjenjivi otpornik. Njegovi fiksni kontakti spojeni su na masu i na referentni napon. A iz pomičnog, mehanički spojenog na os ventila za gas, uklanja se izlazni napon.
Ispušni sustav
Senzor kisika. Ovaj uređaj ima ulogu povratne veze za održavanje željenog omjera zraka i goriva u komorama za izgaranje. Njegov rad temelji se na principu rada galvanskog članka s čvrstim elektrolitom. Potonji je keramika na bazi cirkonijevog dioksida. Konstrukcijske elektrode su nanesene platinom na obje strane keramike. Uređaj počinje raditi nakon zagrijavanja na temperaturu od 300 do 400 ◦ C.
Zagrijavanje na tako visoku temperaturu događa se obično vrućim ispušnim plinovima ili grijaće tijelo. Takav temperaturni režim potrebnih za pojavu vodljivosti keramičkog elektrolita. Prisutnost neizgorjelog goriva u ispušnim plinovima motora razlog je pojave potencijalne razlike na elektrodama senzora. Unatoč činjenici da su svi navikli ovaj uređaj nazivati senzorom kisika, to je više senzor neizgorjelog goriva. Budući da se izlazni signal javlja kada njegova površina ne dođe u dodir s kisikom, već s parama goriva.
Ostali senzori
Elektrotehnička enciklopedija #16.
Senzori
Klasifikacija senzora, osnovni zahtjevi za njih
Automatizacija raznih tehnoloških procesa, učinkovito upravljanje različitim jedinicama, strojevima, mehanizmima zahtijevaju brojna mjerenja raznih fizikalne veličine.
Senzori(u literaturi se često nazivaju i mjerni pretvornici), odnosno drugim riječima, senzori su elementi mnogih sustava automatizacije - uz njihovu pomoć dobivaju informacije o parametrima kontroliranog sustava ili uređaja.
Senzor - to je element mjernog, signalnog, regulacijskog ili upravljačkog uređaja koji kontroliranu vrijednost (temperaturu, tlak, frekvenciju, jakost svjetlosti, električni napon, struju itd.) pretvara u signal pogodan za mjerenje, prijenos, pohranu, obradu , registraciju, a ponekad i utjecati na njih u kontroliranim procesima. Ili lakše senzor je uređaj koji ulazno djelovanje bilo koje fizikalne veličine pretvara u signal pogodan za daljnju uporabu.
Senzori koji se koriste vrlo su raznoliki i mogu se
klasificirani prema različitim kriterijima:Ovisno o vrsti ulazne (mjerene) veličine razlikovati: senzore mehaničkih pomaka (linearnih i kutnih), pneumatske, električne, senzore protoka, senzore brzine, ubrzanja, sile, temperature, tlaka itd.
Trenutno postoji približno sljedeća raspodjela udjela mjerenja različitih fizikalnih veličina u industriji: temperatura - 50%, protok (masa i volumen) - 15%, tlak - 10%, razina - 5%, količina (masa, volumen) ) - 5%, vrijeme - 4%, električne i magnetske veličine - manje od 4%.
Po vrsti izlazne vrijednosti u koju se pretvara ulazna vrijednost , razlikovati neelektrični I električni: senzori istosmjerne struje (EMF ili napon), senzori AC amplitude (EMF ili napon), senzori izmjenične frekvencije (EMF ili napon), senzori otpora (aktivni, induktivni ili kapacitivni), itd.
Većina senzora su električni. To je zbog sljedećih prednosti električnih mjerenja:
Prikladno je prenositi električne veličine na daljinu, a prijenos se provodi velikom brzinom;
Električne veličine su univerzalne u smislu da se sve druge veličine mogu pretvoriti u električne veličine i obrnuto;
Precizno se pretvaraju u digitalni kod i omogućuju postizanje visoke točnosti, osjetljivosti i brzine mjernih instrumenata.
Prema principu djelovanja Senzori se mogu podijeliti u dvije klase: generirajući I parametarski(senzori-modulatori). Senzori generatora provode izravnu konverziju ulazne vrijednosti u električni signal.
Parametarski senzori pretvaraju ulaznu vrijednost u promjenu nekog električnog parametra ( R, L ili C) senzora.
Prema principu djelovanja senzori se također mogu podijeliti na omske, reostatske, fotoelektrične (optoelektroničke), induktivne, kapacitivne itd.
Postoje tri klase senzora:
Analogni senzori, tj. senzori koji proizvode analogni signal proporcionalno promjeni ulazne vrijednosti;
Digitalni senzori koji generiraju niz impulsa ili binarnu riječ;
Binarni (binarni) senzori koji generiraju signal samo dvije razine: "on / off" (drugim riječima, 0 ili 1); široko se koriste zbog svoje jednostavnosti.
Zahtjevi za senzore :
Nedvosmislena ovisnost izlazne vrijednosti o ulazu;
Stabilnost karakteristika tijekom vremena;
Visoka osjetljivost;
Mala veličina i težina;
Nedostatak povratne informacije o kontroliranom procesu i o kontroliranom parametru;
Rad u različitim radnim uvjetima;
- razne opcije montaža.
Parametarski senzori (senzorski modulatori) ulazna vrijednost x pretvara se 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 detektirati samo reakcijom senzora na struju ili napon, budući da navedeni parametri karakteriziraju tu reakciju. Stoga parametarski senzori zahtijevaju upotrebu posebnih mjernih krugova napajanih istosmjernom ili izmjeničnom strujom.
Ohmski (otporni) senzori - princip rada temelji se na promjeni njihovog aktivnog otpora s promjenom duljine l, poprečni presjek područja Sili otpornost str:
R= pl /S
Dodatno se koristi ovisnost vrijednosti aktivnog otpora o kontaktnom tlaku i osvjetljenju fotoćelija. U skladu s tim, omski senzori se dijele na: kontaktni, potenciometrijski (reostatski), deformacijski otporni, termistorski, fotootporni.
Kontaktni senzori - Ovo najjednostavniji oblik otpornički senzori koji pretvaraju kretanje primarnog elementa u skok otpora strujni krug. Uz pomoć kontaktnih senzora mjere i kontroliraju sile, pomake, temperaturu, veličinu predmeta, kontroliraju njihov oblik itd. Kontaktni senzori uključuju putovati I Granični prekidači, kontaktni termometri i tzv elektrodni senzori, prvenstveno se koristi za mjerenje graničnih razina električno vodljivih tekućina.
Kontaktni senzori mogu raditi i na istosmjernu i na izmjeničnu struju. Ovisno o granicama mjerenja kontaktni senzori mogu biti jednogranični i višegranični. Potonji se koriste za mjerenje veličina koje značajno variraju, dok dijelovi otpornika R, uključeni u električni krug, serijski su kratko spojeni.
Nedostatak kontaktnih senzora je otežano kontinuirano praćenje i ograničen vijek trajanja kontaktnog sustava. Ali zbog iznimne jednostavnosti ovih senzora naširoko se koriste u sustavima automatizacije.
Reostatski senzori su otpornici promjenjivog otpora. Ulazna vrijednost senzora je kretanje kontakta, a izlazna vrijednost je promjena njegovog otpora. Pokretni kontakt je mehanički povezan s objektom čiji pomak (kutni ili linearni) treba transformirati.
Najrašireniji je potenciometrijski sklop za uključivanje reostatskog senzora, kod kojeg se reostat uključuje prema krugu djelitelja napona. Podsjetimo da je razdjelnik napona električni uređaj za dijeljenje istosmjernog ili izmjeničnog napona na dijelove; razdjelnik napona omogućuje uklanjanje (iskorištenje) samo dijela dostupnog napona kroz elemente električnog kruga koji se sastoji od otpornika, kondenzatora ili induktora. Promjenjivi otpornik spojen prema krugu razdjelnika napona naziva se potenciometar.
Obično se senzori reostata koriste u mehaničkim mjerni instrumenti za pretvorbu svojih očitanja u električne veličine (struju ili napon), na primjer, u mjeračima razine tekućina s plovkom, raznim mjeračima tlaka itd.
Senzor u obliku jednostavnog reostata gotovo se 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 van između pokretnog i jednog od fiksnih kontakata. Ovisnost izlaznog napona o pomaku x kontakta U van \u003d f(x) odgovara zakonu promjene otpora duž potenciometra. Zakon raspodjele otpora po duljini potenciometra, određen njegovom konstrukcijom, može biti linearan i nelinearan.
Potenciometrijski senzori, koji su strukturno promjenjivi otpornici, izrađeni su od različitih materijala - žice za namatanje, metalnih filmova, poluvodiča itd.
Mjerači naprezanja (mjerači naprezanja) koriste se za mjerenje mehaničkih naprezanja, malih deformacija, vibracija. Djelovanje mjerača naprezanja temelji se na tenzorefektu, koji se sastoji u promjeni aktivnog otpora vodiča i poluvodičkih materijala pod utjecajem sila koje na njih djeluju.
Termometrijski senzori (termistori) - otpor ovisi o temperaturi. Termistori kao senzori koriste se na dva načina:
1) Temperatura termistora određena je okolinom; struja koja prolazi kroz termistor je tako mala da ne zagrijava termistor. Pod ovim uvjetima, termistor se koristi kao temperaturni senzor i često se naziva "otpornički termometar".
2) Temperatura termistora određena je stupnjem zagrijavanja konstantnom strujom i uvjetima hlađenja. U tom slučaju uspostavljena temperatura određena je uvjetima prijenosa topline površine termistora (brzina okoline - plina ili tekućine - u odnosu na termistor, njezina gustoća, viskoznost i temperatura), pa se termistor može koristiti kao senzor za brzinu protoka, toplinsku vodljivost okoline, gustoću plina itd. U senzorima ove vrste događa se takoreći dvostupanjska transformacija: izmjerena vrijednost se prvo pretvara u promjenu temperature termistora, koja se zatim pretvara u promjenu otpora.
Termistori se izrađuju i od čistih metala i od poluvodiča.Materijal od kojeg su izrađeni takvi senzori mora imati visok temperaturni koeficijent otpora, po mogućnosti linearnu ovisnost otpora o temperaturi, dobru obnovljivost svojstava i inertnost na utjecaje okoline. Sva ova svojstva u najvećoj mjeri zadovoljava platina; u nešto manjoj - bakar i nikal.
U usporedbi s metalnim termistorima, poluvodički termistori (termistori) imaju veću osjetljivost.
Induktivni senzori služe za beskontaktno dobivanje informacija o kretnjama radnih tijela strojeva, mehanizama, robota i dr. i pretvaranje ove informacije u električni signal.
Princip rada induktivnog senzora temelji se na promjeni induktiviteta namota na magnetskom krugu, ovisno o položaju pojedinih elemenata magnetskog kruga (armature, jezgre itd.). U takvim senzorima, linearno ili kutno kretanje x(ulazna veličina) pretvara se u promjenu induktiviteta ( L) senzor. Koriste se za mjerenje kutnih i linearnih pomaka, deformacija, kontrolu dimenzija itd.
U najjednostavnijem slučaju, induktivni senzor je induktor s magnetskim krugom, čiji se pokretni element (armatura) kreće pod djelovanjem mjerene veličine.
Induktivni senzor prepoznaje i u skladu s tim reagira na sve vodljive objekte. Induktivni senzor je beskontaktan, ne zahtijeva mehaničko djelovanje, radi beskontaktno promjenom elektromagnetskog polja.
Prednosti
- nema mehaničkog trošenja, nema kvarova na kontaktu
- nema odbijanja kontakta i lažno pozitivnih rezultata
- visoka frekvencija prebacivanja do 3000 Hz
- otporan na mehanički stres
Mane - relativno niska osjetljivost, ovisnost induktivnog otpora o frekvenciji napona napajanja, značajna povratna veza senzora na izmjerenu vrijednost (zbog privlačenja armature prema jezgri).
Kapacitivni senzori - princip rada temelji se na ovisnosti električnog kapaciteta kondenzatora o dimenzijama, međusobnom 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- aktivno područje ploča; hje udaljenost između ploča kondenzatora.
Ovisnosti C(S) I C(h) koristi se za pretvaranje mehaničkih pokreta u promjenu kapaciteta.
Kapacitivni senzori, kao i induktivni, napajaju se izmjeničnim naponom (obično povećane frekvencije - do desetaka megaherca). Kao mjerni krugovi obično se koriste premosni krugovi i krugovi koji koriste rezonantne krugove. U potonjem slučaju, u pravilu, koristi se ovisnost frekvencije osciliranja generatora o kapacitetu rezonantnog kruga, tj. senzor ima frekvencijski izlaz.
Prednosti kapacitivnih senzora su jednostavnost, visoka osjetljivost i mala inercija. Nedostaci - utjecaj vanjskih električnih polja, relativna složenost mjernih uređaja.
Kapacitivni senzori se koriste za mjerenje kutnih pomaka, vrlo malih linearnih pomaka, vibracija, brzina kretanja itd., kao i za reprodukciju određenih funkcija (harmonijske, pilaste, pravokutne itd.).
Kapacitivni pretvarači, permitivnoste koji se mijenja uslijed kretanja, deformacije ili promjene sastava dielektrika, koriste se kao senzori razine nevodljivih tekućina, rasutih i praškastih materijala, debljine sloja nevodljivih materijala (debljinomjeri), kao i praćenje vlažnosti i sastava tvari.
Senzori - Generatori
Senzori generatora provesti izravnu 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 pojačavanje 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 temelji se na zakonu elektromagnetske indukcije. U te senzore spadaju tahogeneratori istosmjerne i izmjenične struje, koji su generatori malih električnih strojeva, kod kojih je izlazni napon proporcionalan kutnoj brzini vrtnje osovine generatora. Kao senzori koriste se tahogeneratori kutna brzina.
Tahogenerator je električni stroj koji radi u generatorskom načinu rada. U ovom slučaju, generirani EMF proporcionalan je brzini rotacije i veličini magnetskog toka. Osim toga, s promjenom brzine vrtnje 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 nuklearnoj elektrani srednje veličine postoji oko 1500 točaka na kojima se vrše takva mjerenja, au velikom poduzeću kemijske industrije postoji više od 20 tisuća takvih točaka). Širok raspon izmjerenih temperatura, različiti uvjeti za korištenje mjernih instrumenata i zahtjevi za njih određuju raznolikost korištenih mjernih instrumenata za temperaturu.
Ako uzmemo u obzir temperaturne senzore za industrijsku primjenu, tada možemo razlikovati njihove glavne klase: silikonski temperaturni senzori, bimetalni senzori, tekući i plinski termometri, toplinski indikatori, termistori, termoparovi, otporni termoparovi, infracrveni senzori.
Silikonski temperaturni senzori koristiti ovisnost otpora poluvodičkog silicija o temperaturi. Raspon izmjerenih temperatura je -50…+150 0 C . Uglavnom se koriste za mjerenje temperature unutar elektroničkih uređaja.
Bimetalni senzor napravljen od dvije različite metalne ploče spojene zajedno. Različiti metali imaju različite koeficijente toplinskog širenja. Ako se metali povezani s pločom zagrijavaju ili hlade, tada će se saviti, dok zatvara (otvori) električne kontakte ili pomiče strelicu indikatora. Radni raspon bimetalnih senzora -40…+550 0 C. Koristi se za mjerenje površine čvrste tvari i temperature tekućine. Glavna područja primjene su automobilska industrija, sustavi grijanja i grijanja vode.
Toplinski indikatori - To su posebne tvari koje pod utjecajem temperature mijenjaju boju. Promjena boje može biti reverzibilna ili nepovratna. Proizvode se u obliku filmova.
Otporni termički pretvarači
Načelo rada otpornih termoparova (termistora) temelji se na promjeni električnog otpora vodiča i poluvodiča ovisno o temperaturi (o čemu smo ranije govorili).
Platinasti termistori namijenjeni su mjerenju temperatura u rasponu od -260 do 1100 0 C. U praksi se široko koriste jeftiniji bakreni termistori koji imaju linearnu ovisnost otpora o temperaturi.
Nedostatak bakra je njegov mali otpor i laka oksidacija na visokim temperaturama, zbog čega je krajnja granica uporabe bakrenih otpornih termometara ograničena na temperaturu od 180 0 C. U pogledu stabilnosti i ponovljivosti karakteristika, bakreni termistori su inferiorni od platinastih. Nikal se koristi u jeftinim senzorima za mjerenja u rasponu sobne temperature.
Poluvodički termistori (termistori) imaju negativan ili pozitivan temperaturni koeficijent otpora, čija vrijednost pri 20 0 C iznosi (2 ... 8) * 10 -2 (0 C) -1, t j . red veličine veći od bakra i platine. Poluvodički termistori s vrlo malim veličinama imaju visoke vrijednosti otpora (do 1 MΩ). kao poluvodič. 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 tijekom vremena i koriste se za promjenu temperature u rasponu od -100 do 200 0 S.
Termoelektrični pretvarači (termoparovi) - str Princip rada termoparova temelji se na termoelektričnom učinku, tj. koji se sastoji u činjenici da u prisutnosti temperaturne razlike između spojeva (spojeva) dvaju različitih metala ili poluvodiča u krugu nastaje elektromotorna sila, nazvana termoelektromotorna sila (skraćeno termo-EMF). U određenom temperaturnom rasponu možemo pretpostaviti da je termo-EMF izravno proporcionalan temperaturnoj razlici∆T\u003d T 1 - T 0 između spoja i krajeva termoelementa.
Međusobno spojeni krajevi termoelementa, uronjeni u medij čija se temperatura mjeri, nazivaju se radni kraj termoelementa. Krajevi koji su in okoliš, a koji su obično žicama spojeni na mjerni krug, nazivaju se slobodni krajevi. Temperatura ovih krajeva mora se održavati konstantnom. Pod ovim uvjetom, termo-EMF E t ovisit će samo o temperaturi T1radni kraj.
U out \u003d E t \u003d C ( T 1 - T 0) ,
gdje je C koeficijent koji ovisi o materijalu vodiča termopara.
EMF koji stvaraju termoparovi je relativno mali: ne prelazi 8 mV za svakih 100 0 C i obično ne prelazi 70 mV u apsolutnoj vrijednosti. Termoparovi vam omogućuju mjerenje temperature u rasponu od -200 do 2200 0 S.
Za izradu termoelektričnih pretvarača najviše se koriste platina, platina-rodij, kromel i alumel.
Termoparovi imaju sljedeće prednosti: jednostavnost proizvodnje i pouzdanost u radu, niska cijena, nedostataknapajanja i mogućnost mjerenja u širokom temperaturnom rasponu.
Uz to termoparove karakteriziraju i neki mane- niža točnost mjerenja od termistora, prisutnost značajne toplinske inercije, potreba za uvođenjem korekcije za temperaturu slobodnih krajeva i potreba korištenja posebnih spojnih žica.
Infracrveni senzori (pirometri) - koristiti energiju zračenja zagrijanih tijela, što vam omogućuje mjerenje površinske temperature na daljinu. Pirometri se dijele na radijacijske, svjetline i boje.
Radijacijski pirometri služe za mjerenje temperatura od 20 do 2500 0 C, a uređaj mjeri integralni intenzitet zračenja stvarnog objekta.
Svjetlosni (optički) pirometri služe za mjerenje temperatura od 500 do 4000 0 C. Temelje se na usporedbi u uskom dijelu spektra sjaja promatranog objekta sa sjajem uzornog emitera (fotometrijske svjetiljke).
Kolorni pirometri temelje se na mjerenju omjera intenziteta zračenja na dvije valne duljine, obično odabrane u crvenom ili plavom dijelu spektra; koriste se za mjerenje temperatura u rasponu od 800 0 C.
Pirometri mjere temperaturu u teško dostupnim mjestima i temperatura 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 temelji se na činjenici da se ovisnost frekvencije pretvarača o temperaturi i linearnost funkcije pretvorbe mijenjaju ovisno o orijentaciji reza u odnosu na osi kristala kvarca. Ovi se senzori naširoko koriste u digitalnim termometrima.
Piezoelektrični senzori
Djelovanje piezoelektričnih senzora temelji se na korištenju piezoelektričnog učinka (piezoelektrični učinak), koji se sastoji u činjenici da kada se neki kristali komprimiraju ili istežu, na njihovim stranama pojavljuje se električni naboj, čija je veličina proporcionalna djelovanju sila.
Piezoelektrični efekt je reverzibilan, tj. primijenjeni napon uzrokuje deformaciju piezoelektričnog uzorka - njegovu kompresiju ili istezanje, prema predznaku primijenjenog napona. Ovaj fenomen, nazvan inverzni piezoelektrični efekt, koristi se za pobuđivanje i primanje akustičnih vibracija zvučnih i ultrazvučnih frekvencija.
Koristi se za mjerenje sila, tlaka, vibracija itd.
Optički (fotoelektrični) senzori
razlikovati analog I diskretna optički senzori. Za analogne senzore, izlazni signal se mijenja proporcionalno ambijentalnom svjetlu. Glavno područje primjene su automatizirani sustavi upravljanja rasvjetom.
Senzori diskretnog tipa mijenjaju izlazno stanje u suprotno kada se postigne zadana vrijednost osvjetljenja.
Fotoelektrični senzori mogu se primijeniti u gotovo svim industrijama. Senzori diskretnog djelovanja koriste se kao svojevrsni proximity prekidači za brojanje, detekciju, pozicioniranje i druge zadatke na bilo kojoj tehnološkoj liniji.
, registrira promjenu svjetlosnog toka u kontroliranom području , povezana s promjenom položaja u prostoru bilo kojih pokretnih dijelova mehanizama i strojeva, odsutnosti ili prisutnosti predmeta. Zahvaljujući velikim udaljenostima osjeta optički senzori blizine našao široku primjenu u industriji i ne samo.
Optički senzor blizine sastoji se od dvije funkcionalne cjeline, prijemnika i odašiljača. Ovi čvorovi mogu biti izrađeni iu istom kućištu iu različitim kućištima.
Prema načinu detekcije objekta fotoelektrični senzori se dijele u 4 skupine:
1) križanje grede- u ovoj metodi, odašiljač i prijamnik su odvojeni u različitim kućištima, što im omogućuje da budu postavljeni jedan nasuprot drugog na radnoj udaljenosti. Princip rada temelji se na činjenici da odašiljač stalno šalje svjetlosnu zraku, koju 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 odašiljač senzora nalaze se u istom kućištu. Nasuprot senzoru postavljen je reflektor (reflektor). Reflektorski senzori dizajnirani su na takav način da zahvaljujući polarizacijskom filtru percipiraju refleksiju samo od reflektora. Riječ je o reflektorima koji rade na principu dvostrukog odraza. Odabir prikladnog reflektora određen je potrebnim razmakom i mogućnostima montaže.
Svjetlosni signal koji šalje odašiljač odbija se od reflektora i ulazi u prijemnik senzora. Ako svjetlosni signal prestane, prijemnik odmah reagira promjenom stanja izlaza.
3) refleksija od predmeta- kod ove metode, prijemnik i odašiljač senzora nalaze se u istom kućištu. Tijekom radnog stanja senzora, svi objekti koji padnu u njegovo radno područje postaju svojevrsni reflektori. Čim svjetlosna zraka reflektirana od objekta pogodi prijemnik senzora, on odmah reagira promjenom izlaznog stanja.
4) refleksija fiksnog objekta - princip rada senzora je isti kao kod "refleksije od objekta" ali osjetljiviji na odstupanja od prilagodbe objektu. Na primjer, moguće je otkriti nabubreni čep na boci kefira, nepotpuno punjenje vakumirane ambalaže proizvodima itd.
Prema namjeni fotosenzori se dijele u dvije glavne skupine: senzori opće namjene i senzori posebne namjene. Specijalni senzori uključuju vrste senzora namijenjene rješavanju užeg spektra zadataka. Na primjer, otkrivanje oznake u boji na objektu, otkrivanje kontrastne granice, prisutnost naljepnice na prozirnom pakiranju itd.
Zadatak senzora je detektirati objekt na daljinu. Ova udaljenost varira između 0,3 mm-50 m, ovisno o odabranoj vrsti senzora i metodi detekcije.
Mikrovalni senzori
Konzole s tipkama i relejima zamjenjuju se automatskim upravljačkim sustavima temeljenim na mikroprocesorima tehnološki proces(APCS) najviših performansi i pouzdanosti, senzori su opremljeni digitalnim komunikacijskim sučeljima, ali to ne dovodi uvijek do povećanja ukupne pouzdanosti sustava i pouzdanosti njegovog rada. Razlog tome je što sami principi rada većine poznate vrste senzori nameću stroga ograničenja na uvjete u kojima se mogu koristiti.
Na primjer, beskontaktni (kapacitivni i induktivni), kao i uređaji za kontrolu brzine tahogeneratora (UKS) naširoko se koriste za praćenje brzine industrijskih mehanizama. Tahogenerator UKS ima mehaničku vezu s pokretnim objektom, a zona osjetljivosti beskontaktnih uređaja ne prelazi nekoliko centimetara.
Sve to ne samo da stvara neugodnosti tijekom instalacije senzora, već i značajno komplicira korištenje ovih uređaja u uvjetima prašine koja se lijepi za radne površine, uzrokujući lažne alarme. Navedene vrste senzora nisu sposobne izravno kontrolirati objekt (na primjer, pokretnu traku) - oni su podešeni na kretanje valjaka, impelera, zateznih bubnjeva itd. Izlazni signali nekih uređaja su toliko slabi da su ispod razine industrijskih smetnji od rada snažnih električnih strojeva.
Slične poteškoće nastaju pri korištenju tradicionalnih detektora razine - senzora prisutnosti rasutog proizvoda. Takvi uređaji su potrebni za pravovremeno zaustavljanje dovoda sirovina u proizvodne spremnike. Lažne uzbune uzrokuju ne samo lijepljenje i prašina, već i dodirivanje toka proizvoda kada ulazi u spremnik. U negrijanim prostorijama na rad senzora utječe temperatura okoline. Lažni alarmi uzrokuju česta zaustavljanja i pokretanja opterećenog tehnološka oprema- glavni uzrok njegovih nesreća, dovode do začepljenja, loma transportera, pojave opasnosti od požara i eksplozije.
Ovi problemi prije nekoliko godina doveli su do razvoja temeljno novih tipova uređaja - radarskih senzora za kontrolu brzine, senzora kretanja i zaleđa, čiji se rad temelji na interakciji kontroliranog objekta s radio signalom s frekvencijom od oko 10 10 Hz.
Korištenje mikrovalnih metoda za praćenje stanja tehnološke opreme omogućuje potpuno uklanjanje nedostataka tradicionalnih vrsta senzora.
Izrazite značajke ovi uređaji su:
Nedostatak mehaničkog i električnog kontakta s objektom (okolinom), udaljenost od senzora do objekta može biti nekoliko metara;
Izravno upravljanje objektom (pokretnom trakom, lancem), 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;
Jednokratna prilagodba za cijeli vijek trajanja;
Visoka pouzdanost, sigurnost, odsutnost ionizirajućeg zračenja.
Načelo rada senzora temelji se na promjeni frekvencije radio signala reflektiranog od pokretnog objekta. Ovaj fenomen ( "Doplerov efekt") naširoko se koristi u radarskim sustavima za daljinsko mjerenje brzine. Objekt koji se kreće uzrokuje pojavu električnog signala na izlazu modula mikrovalnog primopredajnika.
Budući da razina signala ovisi o svojstvima reflektirajućeg objekta, senzori kretanja mogu se koristiti za signaliziranje prekida strujnog kruga (trake), prisutnosti bilo kakvih predmeta ili materijala na pokretnoj traci. Traka ima glatku površinu i nisku refleksiju. Kada se proizvod počne kretati pored senzora postavljenog iznad radne grane transportera, povećavajući koeficijent refleksije, uređaj signalizira kretanje, odnosno, zapravo, da traka nije prazna. Po trajanju izlaznog impulsa može se procijeniti veličina predmeta koji se pomiču na znatnoj udaljenosti, izvršiti odabir itd.
Ako je potrebno napuniti bilo koji spremnik (od bunkera do okna), možete točno odrediti trenutak kada je punjenje završeno - senzor spušten na određenu dubinu pokazat će kretanje punila dok se ne napuni.
Konkretni primjeri Korištenje mikrovalnih senzora gibanja u različitim industrijama određeno je njegovim specifičnostima, ali općenito oni mogu riješiti širok raspon problema nesmetanog rada opreme i povećati informativni sadržaj automatiziranih sustava upravljanja.
Popis korištenih izvora
1) E.M. Gordin, Yu.Sh. Mitnik, V.A. Tarlyn
Osnove automatike i računalne tehnologije
Moskva "Inženjering", 1978
2) Gustav Olsson, Gianguido Piani
Digitalni sustavi automatizacije i upravljanja
Sankt Peterburg: Nevski dijalekt, 2001
3) V.V. Sazonov Smjernice za provedbu laboratorijski rad
"Istraživanje reostatskog linearnog senzora pomaka"
4) Chugainov N.G. Sažetak "Temperaturni senzor", Krasnojarsk 2003
5) Fedosov A. V. Sažetak "Senzori brzine" - Moskva 2003.
6) D. N. Shestakov, generalni direktor PromRadar LLC
Mikrovalni senzori za industrijske primjene
7) Časopis "Moderna elektronika" 6, 2006
8) Katalog poduzeća "Senzor"
9) OMRON komponente / fotoelektrični senzori
Autor članka : Sergey Nikulin, predavač, EE "Gomel State Polytechnic koledž " .- to su senzori koji rade bez fizičkog i mehaničkog kontakta. Djeluju putem električnog i magnetskog polja, a naširoko se koriste i optički senzori. U ovom članku analizirat ćemo sve tri vrste senzora: optički, kapacitivni i induktivni, a na kraju ćemo napraviti eksperiment s induktivnim senzorom. Usput, ljudi također nazivaju beskontaktne senzore prekidači blizine, pa nemojte se bojati ako vidite takvo ime ;-).
optički senzor
Dakle, nekoliko riječi o optičkim senzorima ... Princip rada optičkih senzora prikazan je na slici ispod
prepreka
Sjećate li se nekih kadrova iz filmova u kojima su glavni likovi morali proći kroz optičke zrake i ne pogoditi niti jednu? Ako je zraku dodirnuo bilo koji dio tijela, aktivirao se alarm.
Zraku emitira neki izvor. A tu je i “beam receiver”, odnosno ono što prima zraku. Čim nema snopa na prijemniku snopa, kontakt će se odmah uključiti ili isključiti u njemu, koji će izravno kontrolirati alarm ili nešto drugo po vašem nahođenju. U osnovi, izvor snopa i prijemnik, pravilno nazvani "fotodetektor", dolaze u paru.
Optički senzori pokreta SKB IS vrlo su popularni u Rusiji.
Ove vrste senzora imaju i izvor svjetlosti i fotodetektor. Oni se nalaze točno u tijelu ovih senzora. Svaki tip senzora je cjeloviti dizajn i koristi se u brojnim strojevima gdje je potrebna povećana točnost obrade, do 1 mikrometra. Uglavnom, to su strojevi sa sustavom H logično P softver Na ploča ( CNC) koji rade po programu i zahtijevaju minimalnu ljudsku intervenciju. Ovi beskontaktni senzori izgrađeni su na ovom principu
Ove vrste senzora označavaju se slovom “T” i zovu barijera. Čim je optička zraka prekinuta, senzor je proradio.
Prednosti:
- domet može doseći i do 150 metara
- visoka pouzdanost i otpornost na buku
minusi:
- za velike udaljenosti osjetila potrebno je fino podešavanje fotodetektora na optičku zraku.
Refleks
Reflektivni tip senzora označen je slovom R. Kod ovih vrsta senzora emiter i prijemnik nalaze se u istom kućištu.
Princip rada može se vidjeti na donjoj slici.
Svjetlost emitera odbija se od nekog reflektora (reflektora) i ulazi u prijemnik. Čim zraku prekine bilo koji predmet, aktivira se senzor. Ovaj senzor je vrlo prikladan na pokretnim linijama prilikom brojanja proizvoda.
difuziju
I zadnja vrsta optičkih senzora - difuzija - označava se slovom D. Mogu izgledati drugačije:
Princip rada je isti kao kod refleksa, ali ovdje se svjetlost već reflektira od predmeta. Takvi senzori su dizajnirani za malu udaljenost osjeta i nepretenciozni su u svom radu.
Kapacitivni i induktivni senzori
Optika je optika, ali induktivni i kapacitivni senzori smatraju se najnepretencioznijima u svom radu i vrlo pouzdanima. Ovako izgledaju
Vrlo su slični jedni drugima. Načelo njihovog rada povezano je s promjenom magnetskog i električno polje. Induktivni senzori se aktiviraju kada im se prinese bilo koji metal. Ne "kljucaju" druge materijale. Kapacitivni rade na gotovo svakoj tvari.
Kako radi induktivni senzor
Kako kažu, bolje je vidjeti jednom nego čuti stotinu puta, pa napravimo mali eksperiment induktivni senzor.
Dakle, naš gost je induktivni senzor ruske proizvodnje
Čitamo što na njemu piše
Marka senzora WBI bla bla bla bla, S - udaljenost osjeta, ovdje je 2 mm, U1 - verzija za umjerenu klimu, IP - 67 - stupanj zaštite(ukratko, razina zaštite ovdje je vrlo visoka), U b - napon na kojem senzor radi, ovdje napon može biti u rasponu od 10 do 30 volti, I load - struja opterećenja, ovaj senzor može isporučiti do 200 miliampera struje opterećenju, mislim da je to pristojno.
Na poleđini oznake nalazi se dijagram ožičenja za ovaj senzor.
Pa, procijenimo rad senzora? Da bismo to učinili, prianjamo uz teret. Opterećenje koje ćemo imati je LED spojena u seriju s otpornikom nominalne vrijednosti 1 kOhm. Zašto nam je potreban otpornik? LED u trenutku uključivanja počinje mahnito jesti struju i izgara. Kako bi se to spriječilo, otpornik se postavlja u seriju s LED-om.
Na smeđu žicu senzora dovodimo plus iz napajanja, a na plavu žicu - minus. Napon koji sam uzeo bio je 15 volti.
Dolazi trenutak istine ... Donosimo radno područje senzor je metalni predmet, a senzor odmah radi, što nam govori LED dioda ugrađena u senzor, kao i naša eksperimentalna LED.
Senzor ne reagira na materijale osim metala. Staklenka kolofonije mu ništa ne znači :-).
Umjesto LED-a može se koristiti ulaz logičkog sklopa, odnosno senzor, kada se aktivira, daje signal logičke jedinice koji se može koristiti u digitalnim uređajima.
Zaključak
U svijetu elektronike ove tri vrste senzora su u sve većoj upotrebi. Svake godine proizvodnja ovih senzora raste i raste. Koriste se u potpuno različitim područjima industrije. Automatizacija i robotika ne bi bile moguće bez ovih senzora. U ovom članku sam analizirao samo najjednostavnije senzore koji nam daju samo signal “on-off” ili, stručnim jezikom rečeno, jednu informaciju. Sofisticiraniji tipovi senzora mogu dati različite parametre i čak se mogu izravno povezati s računalima i drugim uređajima.
Kupite induktivni senzor
U našoj radio trgovini induktivni senzori koštaju 5 puta više nego da su naručeni iz Kine s Aliexpressa.
Ovdje Možete pogledati razne induktivne senzore.
Vrste senzora i njihovi nazivi određeni su korištenjem različitih ultrazvučnih pretvarača i metoda skeniranja u njima. Ovisno o vrsti pretvarača razlikujemo:
● sektorski mehanički senzori(sektorska mehanička sonda) - s jednoelementnim ili višeelementnim prstenastim rešetkama;
● linearni senzori s linearnim nizovima od više elemenata;
● konveksni i mikrokonveksni senzori(konveksna ili mikrokonveksna sonda) - s konveksnim, odnosno mikrokonveksnim rešetkama;
● fazni sektorski senzori(phased array probe) - s višeelementnim linearnim nizovima;
● dvodimenzionalni rešetkasti senzori th, linearni, konveksni i sektorski.
Ovdje smo naveli glavne vrste senzora, bez navođenja njihove medicinske namjene, radne frekvencije i značajki 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 pretvornik koji se kreće po kutu. Volumen ispod čepa ispunjen je akustički prozirnom tekućinom kako bi se smanjili gubici tijekom prolaska ultrazvučnih signala. Glavna karakteristika sektorskih mehaničkih senzora, osim radne frekvencije, je kutna veličina sektora skeniranja, koja je naznačena u oznaci senzora (ponekad je dodatno navedena duljina 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 podudara s površinom zračenja pretvornika, što se naziva otvor, i jednaka mu je po veličini. Karakteristične veličine otvora koriste se u označavanju senzora i pomažu u određivanju pri odabiru senzora.
Kod linearnih senzora karakteristična je duljina otvora L (slika 2.11 c), jer ona određuje širinu pravokutnog vidnog područja. 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% duljine otvora. Dakle, ako je veličina otvora 42 mm, širina vidnog polja nije veća od 34 mm.
U konveksnim senzorima vidno polje određeno je dvjema karakterističnim dimenzijama - duljinom luka H (ponekad njegovom tetivom) koja odgovara konveksnom radnom dijelu i kutnom veličinom sektora skeniranja α u stupnju sl. 2.11 d Primjer označavanja konveksnog senzora: 3,5 MHz / 60 ° / 60 mm. Rjeđe koristite radijus za označavanje R zakrivljenost radne površine, na primjer:
3,5MHz/60 R(radijus - 60 mm).
Riža. 2.11. Glavne vrste senzora za vanjski pregled: a, b-
sektor mehanički (a - kardiološki, b - s vodom
mlaznica); c - linearni elektronički; d - konveksan;
e - mikrokonveksan; e - fazni sektor
U mikrokonveksnim senzorima R je karakterističan - radijus zakrivljenosti radne površine (otvora), ponekad se dodatno daje kut luka α, koji određuje kutnu veličinu sektora gledanja (Sl. 2.11,e). Primjer označavanja: 3,5 MHz/20R (radijus - 20 mm).
Za fazni sektorski senzor, kutna veličina sektora elektroničkog skeniranja dana je u stupnjevima. Primjer označavanja: 3,5 MHz/90° .
Prikazano na sl. Za vanjski pregled koriste se senzori 2.11. Osim njih, postoji veliki broj intrakavitalnih i visoko specijaliziranih senzora.
Preporučljivo je uvesti klasifikaciju senzora prema područjima medicinske primjene.
1. Univerzalni senzori za pregled na otvorenom(abdominalna sonda). Univerzalni senzori koriste se za pregled trbušne regije i zdjeličnih 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, štitnjača, periferne žile, zglobovi)
3. Srčani senzori(srčana sonda). Za proučavanje srca koriste se senzori sektorskog tipa, što je povezano s osobitošću promatranja kroz interkostalni jaz. Koriste se mehanički senzori za skeniranje (jednoelementni ili s prstenastim nizom) i fazni elektronički senzori.
4. Senzori za pedijatriju(podijatrijske sonde). Za pedijatriju se koriste isti senzori kao i za odrasle. , ali samo s višom frekvencijom (5 ili 7,5 MHz), što vam omogućuje da dobijete više visoka kvaliteta slike. To je moguće zbog male veličine pacijenata.
5. Intrakavitarni senzori(intrakavitarne sonde). Postoji veliki izbor intrakavitarnih senzora koji se međusobno razlikuju po područjima medicinske primjene.
● Transvaginalni (intravaginalni) senzori (transvaginalna ili edovaginalna sonda).
● Transrektalni senzori (transrektalna ili endorektalna sonda).
● Intraoperacijski 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 biopsijske ili punkcijske igle. U tu svrhu posebno su dizajnirani senzori kod kojih igla može proći kroz rupu (ili utor) na radnoj površini (otvoru).
7. Visoko specijalizirani senzori. Većina gore spomenutih senzora ima prilično širok raspon primjena. Pri tome se može izdvojiti skupina senzora uže primjene, koje treba posebno spomenuti.
● 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 koji su gore spomenuti i razlikuju se od njih po tome što koriste širokopojasni ultrazvučni pretvornik, tj. senzor sa širokim rasponom radnih frekvencija.
9. Doppler sonde. Senzori se koriste samo za dobivanje informacija o brzini ili rasponu brzina protoka krvi u krvnim žilama. O ovim sondama raspravlja se u odjeljcima o Doppler ultrazvučnim instrumentima.
10. Senzori 3D slike. Posebni senzori za dobivanje 3D (trodimenzionalnih) slika rijetko se koriste. Konvencionalni dvodimenzionalni senzori slike se češće koriste zajedno s posebnim uređajima koji omogućuju skeniranje duž treće koordinate.
Kvaliteta primljenih informacija ovisi o tehničkoj razini uređaja – što je uređaj složeniji i savršeniji, to je kvalitetnija dijagnostička informacija. U pravilu, po tehnička razina uređaji se dijele u četiri skupine: jednostavni uređaji; uređaji srednje klase; uređaji visoke klase; vrhunski uređaji (ponekad se nazivaju i vrhunski).
Među proizvođačima i korisnicima ultrazvučne dijagnostičke opreme ne postoje usuglašeni kriteriji za ocjenu klase uređaja, budući da postoji vrlo velik broj karakteristika i parametara po kojima se uređaji mogu međusobno uspoređivati. Ipak, moguće je procijeniti razinu složenosti opreme, o čemu uvelike ovisi kvaliteta primljenih informacija. Jedan od glavnih tehničkih parametara koji određuju razinu složenosti ultrazvučnog skenera je maksimalan broj prijemnih i odašiljačkih kanala u elektroničkoj jedinici uređaja, budući da što više broja kanala, to su bolja osjetljivost i razlučivost – glavne karakteristike kvalitete ultrazvučne slike.
U jednostavnim (obično prijenosnim) ultrazvučnim skenerima broj prijenosno-prijemnih kanala nije veći od 16, u uređajima srednje i više klase 32, 48 i 64. U uređajima visoke klase broj kanala može biti više od 64, na primjer, 128, 256, 512, pa čak i više. U pravilu su vrhunski i napredni ultrazvučni skeneri uređaji s doppler kartiranjem u boji.
Vrhunski uređaji obično u potpunosti iskorištavaju prednosti modernih značajki digitalna obrada signala, počevši gotovo od izlaza senzora. Zbog toga se takvi uređaji nazivaju digitalnim sustavima ili platformama (digitalni sustav).
Kontrolna pitanja
1. Što je akustična impedancija i njezin utjecaj na refleksiju
ultrazvuk?
2. Kako slabljenje ultrazvuka u biološkim tkivima ovisi o frekvenciji?
3. Kako se spektar pulsirajućeg ultrazvučnog signala mijenja s dubinom?
4. Koji načini rada su predviđeni u ultrazvučnim skenerima?
5. Kakav je način rada U?
6. Kakav je način rada A?
7. Kakav je način rada M?
8. Kakav je način rada D?
9. Objasnite rad ultrazvučnog pretvarača.
10. Koje se konfiguracije piezoelektričnih elemenata nalaze različite vrste
senzori?
11. Koje vrste senzora postoje u ultrazvučnim skenerima?
