Anturit ovat monimutkaisia laitteita, joita käytetään usein havaitsemaan sähköisiä tai optisia signaaleja ja reagoimaan niihin. Laite muuntaa fyysisen parametrin (lämpötila, verenpaine, kosteus, nopeus) signaaliksi, jonka laite voi mitata.
Antureiden luokitus voi tässä tapauksessa olla erilainen. Mittauslaitteiden jakelussa on useita perusparametreja, joista keskustellaan edelleen. Pohjimmiltaan tämä erottaminen johtuu erilaisten voimien vaikutuksesta.
Tämä on helppo selittää käyttämällä esimerkkinä lämpötilamittausta. Lasilämpömittarissa oleva elohopea laajenee ja puristaa nesteen muuntaakseen mitatun lämpötilan, jonka tarkkailija voi lukea kalibroidusta lasiputkesta.
Valintakriteerit
Anturia luokiteltaessa on otettava huomioon tietyt ominaisuudet. Ne on lueteltu alla:
- Tarkkuus.
- Ympäristöolosuhteet - yleensä antureilla on rajoituksia lämpötilassa, kosteudessa.
- Alue - rajaanturin mittaukset.
- Kalibrointi - vaaditaan useimmille mittauslaitteille, koska lukemat muuttuvat ajan myötä.
- Kustannus.
- Toistettavuus - Muuttuvia lukemia mitataan toistuvasti samassa ympäristössä.
Jakauma luokittain
Anturiluokitukset on jaettu seuraaviin luokkiin:
- Ensisijainen syöttöparametrien määrä.
- Tranduktion periaatteet (fysikaalisia ja kemiallisia vaikutuksia käyttämällä).
- Materiaalit ja tekniikka.
- Kohde.
Tranduktion periaate on tehokkaan tiedonkeruun peruskriteeri. Yleensä logistiset kriteerit valitsee kehitystiimi.
Antureiden luokitus ominaisuuksien perusteella jakautuu seuraavasti:
- Lämpötila: termistorit, termoparit, vastuslämpömittarit, mikropiirit.
- Paine: kuituoptinen, tyhjiö, joustavat nestemittarit, LVDT, elektroninen.
- Virtaus: sähkömagneettinen, paine-ero, sijaintisiirtymä, lämpömassa.
- Tasoanturit: paine-ero, ultraääniradiotaajuus, tutka, lämpösiirtymä.
- Läheisyys ja siirtymä: LVDT, aurinkosähkö, kapasitiivinen, magneettinen, ultraääni.
- Biosensorit: resonanssipeili, sähkökemiallinen, pintaplasmoniresonanssi, valoon osoitettava potentiometrinen.
- Kuva: CCD, CMOS.
- Kaasu ja kemia: puolijohde, infrapuna, johtuminen, sähkökemiallinen.
- Kiihtyvyys: gyroskoopit, kiihtyvyysmittarit.
- Muut: kosteusanturi, nopeusanturi, massa, kallistusanturi, voima, viskositeetti.
Tämä on suuri joukko alajaksoja. On huomionarvoista, että uusien teknologioiden löytämisen myötä osiot täydentyvät jatkuvasti.
Anturiluokituksen määrittäminen käyttösuunnan perusteella:
- Tuotantoprosessin ohjaus, mittaus ja automatisointi.
- Muu kuin teollinen käyttö: ilmailu, lääkinnälliset laitteet, autot, kulutuselektroniikka.
Anturit voidaan luokitella tehovaatimusten mukaan:
- Aktiivinen anturi – virtaa vaativat laitteet. Esimerkiksi LiDAR (valontunnistus ja etäisyysmittari), valoa johtava kenno.
- Passiivinen anturi – anturit, jotka eivät vaadi virtaa. Esimerkiksi radiometrit, filmikuvaus.
Nämä kaksi osiota sisältävät kaikki tieteen tuntemat laitteet.
Nykyisissä sovelluksissa anturiluokitus voidaan ryhmitellä seuraavasti:
- Kiihtyvyysmittarit - perustuvat mikroelektromekaaniseen anturitekniikkaan. Niitä käytetään potilaiden seurantaan, jotka ottavat käyttöön sydämentahdistimen. ja ajoneuvon dynamiikkaa.
- Biosensorit - perustuvat sähkökemialliseen tekniikkaan. Käytetään ruoan, lääkinnällisten laitteiden, veden ja vaarallisten biologisten patogeenien havaitsemiseen.
- Kuvaanturit – perustuvat CMOS-tekniikkaan. Niitä käytetään kulutuselektroniikassa, biometriikassa ja liikenteen valvonnassaliikenne ja turvallisuus sekä tietokonekuvat.
- Liikeilmaisimet - perustuvat infrapuna-, ultraääni- ja mikroa altouuni-/tutkatekniikoihin. Käytetään videopeleissä ja simulaatioissa, valon aktivoinnissa ja turvatunnistuksessa.
Anturityypit
Siellä on myös pääryhmä. Se on jaettu kuuteen pääalueeseen:
- Lämpötila.
- Infrapuna.
- Ultravioletti.
- Anturi.
- Lähestyminen, liike.
- Ultraääni.
Jokaisessa ryhmässä voi olla alaosia, jos tekniikkaa käytetään edes osittain osana tiettyä laitetta.
1. Lämpötila-anturit
Tämä on yksi pääryhmistä. Lämpötila-anturien luokitus yhdistää kaikki laitteet, joilla on kyky arvioida parametreja tietyntyyppisen aineen tai materiaalin lämmityksen tai jäähdytyksen perusteella.
Tämä laite kerää lämpötilatiedot lähteestä ja muuntaa ne muiden laitteiden tai ihmisten ymmärtämään muotoon. Paras esimerkki lämpötila-anturista on elohopea lasilämpömittarissa. Lasissa oleva elohopea laajenee ja supistuu lämpötilan muutosten myötä. Ulkolämpötila on indikaattorin mittauksen aloituselementti. Katsoja tarkkailee elohopean sijaintia parametrin mittaamiseksi. Lämpötila-antureita on kahta päätyyppiä:
- Ota yhteyttä sensoreihin. Tämäntyyppinen laite vaatii suoran fyysisen kosketuksen esineeseen tai kantajaan. He hallitsevatkiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen lämpötila laajalla lämpötila-alueella.
- Läheisyysanturit. Tämän tyyppinen anturi ei vaadi fyysistä kosketusta mitattavaan kohteeseen tai väliaineeseen. Ne hallitsevat heijastamattomia kiinteitä aineita ja nesteitä, mutta ovat hyödyttömiä kaasuille niiden luonnollisen läpinäkyvyyden vuoksi. Nämä instrumentit käyttävät Planckin lakia lämpötilan mittaamiseen. Tämä laki koskee lähteen lähettämää lämpöä vertailuarvon mittaamiseksi.
Työskentele useiden laitteiden kanssa
Lämpötila-anturien toimintaperiaate ja luokitus on jaettu tekniikan käyttöön muun tyyppisissä laitteissa. Näitä voivat olla kojelaudat autossa ja erikoistuotantoyksiköt teollisuusliikkeessä.
- Termopari - moduulit on valmistettu kahdesta johdosta (kumpikin - eri homogeenisista seoksista tai metalleista), jotka muodostavat mittaussiirtymän yhdistämällä toisesta päästään. Tämä mittayksikkö on avoin tutkituille elementeille. Johdon toinen pää päättyy mittauslaitteeseen, johon muodostetaan referenssiliitos. Virta kulkee piirin läpi, koska näiden kahden liitoksen lämpötilat ovat erilaiset. Tuloksena oleva millivolttijännite mitataan lämpötilan määrittämiseksi risteyksessä.
- Resistance Temperature Detectors (RTD) ovat termistoreja, jotka on tehty mittaamaan sähkövastusta lämpötilan muuttuessa. Ne ovat kalliimpia kuin muut lämpötilanilmaisimet.
- Termistorit. Ne ovat toisen tyyppisiä lämpövastuksia, joissa suurivastuksen muutos on verrannollinen pieneen lämpötilan muutokseen.
2. IR-anturi
Tämä laite lähettää tai havaitsee infrapunasäteilyä havaitakseen tietyn vaiheen ympäristössä. Yleensä kaikki infrapunaspektrin kohteet lähettävät lämpösäteilyä. Tämä anturi havaitsee lähteen tyypin, jota ihmissilmä ei näe.
Perusideana on käyttää infrapuna-LEDejä valoa altojen välittämiseen kohteeseen. Toista samantyyppistä IR-diodia tulisi käyttää havaitsemaan kohteesta heijastuva a alto.
Toimintaperiaate
Anturien luokittelu automaatiojärjestelmässä tähän suuntaan on yleistä. Tämä johtuu siitä, että teknologia mahdollistaa lisätyökalujen käytön ulkoisten parametrien arvioinnissa. Kun infrapunavastaanotin altistetaan infrapunavalolle, johtoihin kehittyy jännite-ero. IR-anturin komponenttien sähköisiä ominaisuuksia voidaan käyttää mittaamaan etäisyyttä kohteeseen. Kun infrapunavastaanotin altistetaan valolle, johtojen välillä ilmenee potentiaaliero.
Tarvittaessa:
- Termografia: Esineiden säteilylain mukaan tällä tekniikalla on mahdollista tarkkailla ympäristöä näkyvällä valolla tai ilman sitä.
- Lämmitys: Infrapunaa voidaan käyttää ruoan kypsentämiseen ja lämmittämiseen. Ne voivat poistaa jäätä lentokoneen siiveistä. Muuntimet ovat suosittuja teollisuudessaaloilla, kuten painatus, muovin muovaus ja polymeerihitsaus.
- Spektroskopia: Tätä tekniikkaa käytetään molekyylien tunnistamiseen analysoimalla niiden sidoksia. Tekniikka käyttää valosäteilyä orgaanisten yhdisteiden tutkimiseen.
- Meteorologia: mittaa pilvien korkeus, laske maapallon lämpötila ja pinnan lämpötila on mahdollista, jos meteorologiset satelliitit on varustettu pyyhkäisyradiometreillä.
- Photobiomodulaatio: käytetään syöpäpotilaiden kemoterapiaan. Lisäksi tekniikkaa käytetään herpesviruksen hoitoon.
- Ilmastotiede: energianvaihdon seuranta ilmakehän ja maan välillä.
- Viestintä: Infrapunalaser antaa valoa optiseen kuituviestintään. Näitä päästöjä käytetään myös lyhyen matkan viestintään mobiililaitteiden ja tietokoneiden oheislaitteiden välillä.
3. UV-anturi
Nämä anturit mittaavat tulevan ultraviolettisäteilyn voimakkuutta tai tehoa. Erään sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus on pidempi kuin röntgensäteilyllä, mutta se on silti lyhyempi kuin näkyvä säteily.
Aktiivista materiaalia, joka tunnetaan nimellä monikiteinen timantti, käytetään luotettavaan ultraviolettimittaukseen. Laitteet voivat havaita erilaisia ympäristövaikutuksia.
Laitteen valintakriteerit:
- Aallonpituusalueet nanometreinä (nm), jotka voidaan havaita ultraviolettiantureilla.
- Käyttölämpötila.
- Tarkkuus.
- Paino.
- Alateho.
Toimintaperiaate
Ultumaulta-anturi vastaanottaa yhden tyyppisen energiasignaalin ja lähettää toisen tyyppisen signaalin. Näiden lähtövirtojen tarkkailemiseksi ja tallentamiseksi ne lähetetään sähkömittariin. Kaavioiden ja raporttien luomiseksi lukemat siirretään analogia-digitaalimuuntimeen (ADC) ja sitten tietokoneeseen, jossa on ohjelmisto.
Käytetään seuraavissa laitteissa:
- UV-valoputket ovat säteilylle herkkiä antureita, jotka valvovat UV-ilmankäsittelyä, UV-vedenkäsittelyä ja auringonvalolle altistumista.
- Valoanturit – mittaavat tulevan säteen voimakkuutta.
- UV-spektrianturit ovat latauskytkettyjä laitteita (CCD:itä), joita käytetään laboratoriokuvauksessa.
- UV-valoilmaisimet.
- UV bakteereja tappavat ilmaisimet.
- Kuvanvakausanturit.
4. Kosketusanturi
Tämä on toinen suuri joukko laitteita. Paineanturien luokittelua käytetään arvioimaan ulkoisia parametreja, jotka ovat vastuussa lisäominaisuuksien ilmaantumisesta tietyn esineen tai aineen vaikutuksesta.
Kosketusanturi toimii muuttuvana vastuksena sen mukaan, mihin se on kytketty.
Kosketusanturi koostuu:
- Täysin johtava materiaali, kuten kupari.
- Eristetyt välimateriaalit, kuten vaahto tai muovi.
- Osittain johtavaa materiaalia.
Samaan aikaan tiukkaa erottelua ei ole. Paineanturien luokitus määritetään valitsemalla tietty anturi, joka arvioi kehittyvän jännitteen tutkittavan kohteen sisällä tai ulkopuolella.
Toimintaperiaate
Osittain johtava materiaali vastustaa virran kulkua. Lineaarisen kooderin periaate on, että virran virtauksen katsotaan olevan päinvastaisempi, kun materiaalin pituus, jonka läpi virran tulee kulkea, on pidempi. Tämän seurauksena materiaalin vastus muuttuu muuttamalla paikkaa, jossa se joutuu kosketuksiin täysin johtavan esineen kanssa.
Automaatio-anturien luokitus perustuu täysin kuvattuun periaatteeseen. Tässä on lisäresursseja erityisesti kehitettyjen ohjelmistojen muodossa. Tyypillisesti ohjelmisto liittyy kosketusantureisiin. Laitteet voivat muistaa "viimeisen kosketuksen", kun anturi on poistettu käytöstä. He voivat rekisteröidä "ensimmäisen kosketuksen" heti, kun anturi aktivoituu, ja ymmärtävät kaikki siihen liittyvät merkitykset. Tämä toiminto on samanlainen kuin tietokoneen hiiren siirtäminen hiirimaton toiseen päähän, jolloin kohdistin siirretään näytön toiselle puolelle.
5. Läheisyysanturi
Yhä useammin nykyaikaiset ajoneuvot käyttävät tätä tekniikkaa. Valo- ja anturimoduuleita käyttävien sähköanturien luokittelu on saamassa suosiota autovalmistajien keskuudessa.
Läheisyysanturi havaitsee kohteet, jotka ovat lähes vaillakosketuspisteitä. Koska moduulien ja havaitun kohteen välillä ei ole kosketusta eikä mekaanisia osia, näillä laitteilla on pitkä käyttöikä ja korkea luotettavuus.
Erityyppiset läheisyysanturit:
- Induktiiviset läheisyysanturit.
- Kapasitiiviset läheisyysanturit.
- Ultraääniläheisyysanturit.
- Valosähköiset anturit.
- Hallianturit.
Toimintaperiaate
Läheisyysanturi lähettää sähkömagneettista tai sähköstaattista kenttää tai sähkömagneettista säteilyä (kuten infrapunasäteilyä) ja odottaa vastaussignaalia tai muutoksia kentässä. Havaittava kohde tunnetaan rekisteröintimoduulin kohteena.
Anturien luokitus toimintaperiaatteen ja tarkoituksen mukaan on seuraava:
- Induktiiviset laitteet: tulossa on oskillaattori, joka muuttaa häviövastusta sähköä johtavan väliaineen läheisyyteen. Näitä laitteita suositellaan metalliesineille.
- Kapasitiiviset läheisyysanturit: Nämä muuttavat sähköstaattisen kapasitanssin muutoksen tunnistuselektrodien ja maan välillä. Tämä tapahtuu, kun lähestytään lähellä olevaa kohdetta värähtelytaajuuden muuttuessa. Läheisen kohteen havaitsemiseksi värähtelytaajuus muunnetaan tasajännitteeksi, jota verrataan enn alta määrättyyn kynnykseen. Näitä valaisimia suositellaan muoviesineille.
Mittauslaitteiden ja antureiden luokitus ei rajoitu yllä olevaan kuvaukseen ja parametreihin. Adventin kanssauudentyyppisiä mittalaitteita, kokonaisryhmä kasvaa. Erilaisia määritelmiä on hyväksytty erottamaan anturit ja muuntimet. Anturit voidaan määritellä elementiksi, joka aistii energiaa tuottaakseen muunnelman samassa tai eri energiamuodossa. Anturi muuntaa mitatun arvon halutuksi lähtösignaaliksi muunnosperiaatteella.
Vastaanotettujen ja luotujen signaalien perusteella periaate voidaan jakaa seuraaviin ryhmiin: sähköinen, mekaaninen, lämpö, kemiallinen, säteily ja magneettinen.
6. Ultraäänianturit
Ultraäänianturia käytetään havaitsemaan esineen läsnäolo. Tämä saavutetaan lähettämällä ultraäänia altoja laitteen päästä ja vastaanottamalla sitten heijastunut ultraäänisignaali vastaavasta kohteesta. Tämä auttaa havaitsemaan esineiden sijainnin, läsnäolon ja liikkeen.
Koska ultraäänianturit luottavat havaitsemiseen enemmän ääntä kuin valoa, niitä käytetään laaj alti vedenpinnan mittaamisessa, lääketieteellisissä skannauksissa ja autoteollisuudessa. Ultraääniaallot voivat havaita näkymättömiä esineitä, kuten piirtoheitinkalvoja, lasipulloja, muovipulloja ja lasilevyjä heijastavilla antureillaan.
Toimintaperiaate
Induktiivisten antureiden luokitus perustuu niiden käyttöalueeseen. Tässä on tärkeää ottaa huomioon esineiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Ultraäänia altojen liike vaihtelee väliaineen muodosta ja tyypistä riippuen. Esimerkiksi ultraääniaallot kulkevat suoraan homogeenisen väliaineen läpi ja heijastuvat ja välittyvät takaisin eri välineiden väliselle rajalle. Ilmassa oleva ihmiskeho aiheuttaa merkittävää heijastusta ja se voidaan helposti havaita.
Teknologia käyttää seuraavia periaatteita:
- Moniheijastus. Moninkertainen heijastus tapahtuu, kun aallot heijastuvat useammin kuin kerran anturin ja kohteen välillä.
- Rajavyöhyke. Pienin tunnistusetäisyys ja suurin tunnistusetäisyys voidaan säätää. Tätä kutsutaan raja-alueeksi.
- Havaintoalue. Tämä on anturipään pinnan ja skannausetäisyyttä säätämällä saadun vähimmäistunnistusetäisyyden välinen aika.
Tällä tekniikalla varustetut laitteet voivat skannata erityyppisiä kohteita. Ultraäänilähteitä käytetään aktiivisesti ajoneuvojen luomisessa.
