I sensori sono dispositivi complessi spesso utilizzati per rilevare e rispondere a segnali elettrici o ottici. Il dispositivo converte un parametro fisico (temperatura, pressione sanguigna, umidità, velocità) in un segnale che può essere misurato dal dispositivo.
La classificazione dei sensori in questo caso potrebbe essere diversa. Esistono diversi parametri di base per la distribuzione dei dispositivi di misura, che verranno discussi ulteriormente. Fondamentalmente, questa separazione è dovuta all'azione di varie forze.
Questo è facile da spiegare usando la misurazione della temperatura come esempio. Il mercurio in un termometro di vetro espande e comprime il liquido per convertire la temperatura misurata, che può essere letta da un osservatore da un tubo di vetro calibrato.
Criteri di selezione
Ci sono alcune caratteristiche da considerare quando si classifica un sensore. Sono elencati di seguito:
- Precisione.
- Condizioni ambientali - di solito i sensori hanno limitazioni di temperatura e umidità.
- Intervallo - limitemisurazioni del sensore.
- Calibrazione: richiesta per la maggior parte degli strumenti di misura poiché le letture cambiano nel tempo.
- Costo.
- Ripetibilità - Le letture delle variabili vengono misurate ripetutamente nello stesso ambiente.
Distribuzione per categoria
Le classificazioni dei sensori sono suddivise nelle seguenti categorie:
- Numero di parametri di input primario.
- Principi di trasduzione (usando effetti fisici e chimici).
- Materiale e tecnologia.
- Destinazione.
Il principio di trasduzione è un criterio fondamentale seguito per un'efficace raccolta di informazioni. In genere, i criteri logistici sono selezionati dal team di sviluppo.
La classificazione dei sensori in base alle proprietà è distribuita come segue:
- Temperatura: termistori, termocoppie, termoresistenze, microcircuiti.
- Pressione: fibra ottica, vuoto, manometri per fluidi flessibili, LVDT, elettronici.
- Portata: elettromagnetica, pressione differenziale, spostamento posizionale, massa termica.
- Sensori di livello: pressione differenziale, radiofrequenza ultrasonica, radar, spostamento termico.
- Prossimità e spostamento: LVDT, fotovoltaico, capacitivo, magnetico, ultrasonico.
- Biosensori: specchio risonante, elettrochimico, risonanza plasmonica di superficie, potenziometrico indirizzabile alla luce.
- Immagine: CCD, CMOS.
- Gas e chimica: semiconduttori, infrarossi, conduzione, elettrochimici.
- Accelerazione: giroscopi, accelerometri.
- Altri: sensore di umidità, sensore di velocità, massa, sensore di inclinazione, forza, viscosità.
Questo è un grande gruppo di sottosezioni. È interessante notare che con la scoperta di nuove tecnologie, le sezioni vengono costantemente rifornite.
Assegnazione della classificazione del sensore in base alla direzione di utilizzo:
- Controllo, misurazione e automazione del processo produttivo.
- Uso non industriale: aviazione, dispositivi medici, automobili, elettronica di consumo.
I sensori possono essere classificati in base ai requisiti di alimentazione:
- Sensore attivo: dispositivi che richiedono alimentazione. Ad esempio, LiDAR (rilevamento della luce e telemetro), cellula fotoconduttiva.
- Sensore passivo - sensori che non richiedono alimentazione. Ad esempio, radiometri, fotografia su pellicola.
Queste due sezioni includono tutti i dispositivi noti alla scienza.
Nelle applicazioni attuali, l'assegnazione della classificazione del sensore può essere raggruppata come segue:
- Accelerometri - basati sulla tecnologia dei sensori microelettromeccanici. Sono utilizzati per monitorare i pazienti che attivano i pacemaker. e dinamica del veicolo.
- Biosensori - basati su tecnologia elettrochimica. Utilizzato per testare alimenti, dispositivi medici, acqua e rilevare pericolosi agenti patogeni biologici.
- Sensori di immagine - basati sulla tecnologia CMOS. Sono utilizzati nell'elettronica di consumo, nella biometria, nel monitoraggio del trafficotraffico e sicurezza, nonché immagini del computer.
- Rilevatori di movimento - basati su tecnologie a infrarossi, ultrasuoni e microonde/radar. Utilizzato nei videogiochi e nelle simulazioni, nell'attivazione della luce e nel rilevamento della sicurezza.
Tipi di sensori
C'è anche un gruppo principale. È diviso in sei aree principali:
- Temperatura.
- Infrarossi.
- Ultravioletti.
- Sensore.
- Approccio, movimento.
- Ultrasuoni.
Ogni gruppo può includere sottosezioni, se la tecnologia viene utilizzata anche solo parzialmente come parte di un particolare dispositivo.
1. Sensori di temperatura
Questo è uno dei gruppi principali. La classificazione dei sensori di temperatura unisce tutti i dispositivi che hanno la capacità di valutare i parametri in base al riscaldamento o al raffreddamento di un particolare tipo di sostanza o materiale.
Questo dispositivo raccoglie le informazioni sulla temperatura da una fonte e le converte in una forma comprensibile ad altre apparecchiature o persone. La migliore illustrazione di un sensore di temperatura è il mercurio in un termometro di vetro. Il mercurio nel vetro si espande e si contrae al variare della temperatura. La temperatura esterna è l'elemento di partenza per la misurazione dell'indicatore. La posizione del mercurio viene osservata dallo spettatore per misurare il parametro. Esistono due tipi principali di sensori di temperatura:
- Sensori di contatto. Questo tipo di dispositivo richiede il contatto fisico diretto con l'oggetto o il supporto. Hanno il controllotemperatura di solidi, liquidi e gas in un ampio intervallo di temperature.
- Sensori di prossimità. Questo tipo di sensore non richiede alcun contatto fisico con l'oggetto o il mezzo misurato. Controllano solidi e liquidi non riflettenti, ma sono inutili per i gas a causa della loro naturale trasparenza. Questi strumenti utilizzano la legge di Planck per misurare la temperatura. Questa legge riguarda il calore emesso dalla sorgente per misurare il benchmark.
Lavora con vari dispositivi
Il principio di funzionamento e la classificazione dei sensori di temperatura sono suddivisi in uso della tecnologia in altri tipi di apparecchiature. Questi possono essere cruscotti in un'auto e unità di produzione speciali in un negozio industriale.
- Termocoppia - i moduli sono costituiti da due fili (ciascuno - di diverse leghe omogenee o metalli), che formano una transizione di misura collegandosi a un'estremità. Questa unità di misura è aperta agli elementi studiati. L' altra estremità del filo termina con un dispositivo di misurazione in cui si forma una giunzione di riferimento. La corrente scorre attraverso il circuito perché le temperature delle due giunzioni sono diverse. La tensione in millivolt risultante viene misurata per determinare la temperatura alla giunzione.
- I rilevatori di temperatura a resistenza (RTD) sono tipi di termistori realizzati per misurare la resistenza elettrica al variare della temperatura. Sono più costosi di qualsiasi altro dispositivo di rilevamento della temperatura.
- Termistori. Sono un altro tipo di resistore termico in cui un grandela variazione della resistenza è proporzionale ad una piccola variazione della temperatura.
2. Sensore IR
Questo dispositivo emette o rileva radiazioni infrarosse per rilevare una fase specifica nell'ambiente. Di norma, la radiazione termica viene emessa da tutti gli oggetti nello spettro infrarosso. Questo sensore rileva il tipo di sorgente che non è visibile all'occhio umano.
L'idea di base è quella di utilizzare i LED a infrarossi per trasmettere onde luminose a un oggetto. Un altro diodo IR dello stesso tipo dovrebbe essere utilizzato per rilevare l'onda riflessa dall'oggetto.
Principio di funzionamento
La classificazione dei sensori nel sistema di automazione in questa direzione è comune. Ciò è dovuto al fatto che la tecnologia consente di utilizzare strumenti aggiuntivi per la valutazione dei parametri esterni. Quando un ricevitore a infrarossi viene esposto alla luce infrarossa, si sviluppa una differenza di tensione attraverso i fili. Le proprietà elettriche dei componenti del sensore IR possono essere utilizzate per misurare la distanza da un oggetto. Quando un ricevitore a infrarossi viene esposto alla luce, si verifica una differenza di potenziale tra i cavi.
Dove applicabile:
- Termografia: secondo la legge della radiazione degli oggetti, è possibile osservare l'ambiente con o senza luce visibile utilizzando questa tecnologia.
- Riscaldamento: gli infrarossi possono essere utilizzati per cuocere e riscaldare il cibo. Possono rimuovere il ghiaccio dalle ali degli aerei. I convertitori sono popolari nell'industriacampi come la stampa, lo stampaggio della plastica e la saldatura dei polimeri.
- Spettroscopia: questa tecnica viene utilizzata per identificare le molecole analizzando i legami costituenti. La tecnologia utilizza la radiazione luminosa per studiare i composti organici.
- Meteorologia: misurare l' altezza delle nuvole, calcolare la temperatura della terra e della superficie è possibile se i satelliti meteorologici sono dotati di radiometri a scansione.
- Fotobiomodulazione: utilizzata per la chemioterapia nei pazienti oncologici. Inoltre, la tecnologia viene utilizzata per curare il virus dell'herpes.
- Climatologia: monitorare lo scambio di energia tra l'atmosfera e la terra.
- Comunicazione: un laser a infrarossi fornisce luce per la comunicazione in fibra ottica. Queste emissioni vengono utilizzate anche per comunicazioni a breve distanza tra dispositivi mobili e computer.
3. Sensore UV
Questi sensori misurano l'intensità o la potenza della radiazione ultravioletta incidente. Una forma di radiazione elettromagnetica ha una lunghezza d'onda maggiore dei raggi X, ma è comunque più corta della radiazione visibile.
Un materiale attivo noto come diamante policristallino viene utilizzato per misurare in modo affidabile l'ultravioletto. Gli strumenti possono rilevare vari impatti ambientali.
Criteri di selezione del dispositivo:
- Gamma di lunghezze d'onda in nanometri (nm) che possono essere rilevate dai sensori ultravioletti.
- Temperatura di esercizio.
- Precisione.
- Peso.
- Gammapotenza.
Principio di funzionamento
Un sensore ultravioletto riceve un tipo di segnale di energia e trasmette un altro tipo di segnale. Per osservare e registrare questi flussi di uscita, vengono inviati a un contatore elettrico. Per creare grafici e rapporti, le letture vengono trasferite a un convertitore analogico-digitale (ADC) e quindi a un computer con software.
Utilizzato nei seguenti apparecchi:
- I fototubi UV sono sensori sensibili alle radiazioni che monitorano il trattamento dell'aria UV, il trattamento dell'acqua UV e l'esposizione solare.
- Sensori di luce - misura l'intensità del raggio incidente.
- I sensori di spettro UV sono dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD) utilizzati nell'imaging di laboratorio.
- Rilevatori di luce UV.
- Rivelatori germicidi UV.
- Sensori di fotostabilità.
4. Sensore tattile
Questo è un altro grande gruppo di dispositivi. La classificazione dei sensori di pressione viene utilizzata per valutare i parametri esterni responsabili della comparsa di caratteristiche aggiuntive sotto l'azione di un determinato oggetto o sostanza.
Il sensore touch si comporta come un resistore variabile a seconda di dove è collegato.
Il sensore touch è composto da:
- Un materiale completamente conduttivo come il rame.
- Materiale intermedio isolato come schiuma o plastica.
- Materiale parzialmente conduttivo.
Allo stesso tempo, non c'è una rigida separazione. La classificazione dei sensori di pressione si stabilisce selezionando un apposito sensore, che valuta la tensione emergente all'interno o all'esterno dell'oggetto in esame.
Principio di funzionamento
Il materiale parzialmente conduttivo si oppone al flusso di corrente. Il principio dell'encoder lineare è che il flusso di corrente è considerato più opposto quando la lunghezza del materiale attraverso il quale deve passare la corrente è maggiore. Di conseguenza, la resistenza del materiale cambia cambiando la posizione in cui viene a contatto con un oggetto completamente conduttivo.
La classificazione dei sensori di automazione si basa interamente sul principio descritto. Qui sono coinvolte risorse aggiuntive sotto forma di software appositamente sviluppato. In genere, il software è associato ai sensori tattili. I dispositivi possono ricordare "l'ultimo tocco" quando il sensore è disabilitato. Possono registrare il "primo tocco" non appena il sensore viene attivato e comprenderne tutti i significati ad esso associati. Questa azione è simile allo spostamento del mouse di un computer sull' altra estremità del tappetino del mouse per spostare il cursore sul lato opposto dello schermo.
5. Sensore di prossimità
Sempre più i veicoli moderni utilizzano questa tecnologia. La classificazione dei sensori elettrici che utilizzano moduli di luce e sensori sta guadagnando popolarità tra i produttori automobilistici.
Il sensore di prossimità rileva la presenza di oggetti che ne sono quasi privipunti di contatto. Poiché non vi è alcun contatto tra i moduli e l'oggetto percepito e nessuna parte meccanica, questi dispositivi hanno una lunga durata e un'elevata affidabilità.
Diversi tipi di sensori di prossimità:
- Sensori di prossimità induttivi.
- Sensori di prossimità capacitivi.
- Sensori di prossimità a ultrasuoni.
- Sensori fotoelettrici.
- Sensori Hall.
Principio di funzionamento
Il sensore di prossimità emette un campo elettromagnetico o elettrostatico o un raggio di radiazione elettromagnetica (come l'infrarosso) e attende un segnale di risposta o cambiamenti nel campo. L'oggetto rilevato è noto come destinazione del modulo di registrazione.
La classificazione dei sensori in base al principio di funzionamento e allo scopo sarà la seguente:
- Dispositivi induttivi: all'ingresso è presente un oscillatore che cambia la resistenza di perdita in prossimità di un mezzo elettricamente conduttivo. Questi dispositivi sono preferiti per oggetti di metallo.
- Sensori di prossimità capacitivi: convertono la variazione della capacità elettrostatica tra gli elettrodi di rilevamento e la terra. Ciò si verifica quando ci si avvicina a un oggetto vicino con una variazione della frequenza di oscillazione. Per rilevare un oggetto vicino, la frequenza di oscillazione viene convertita in una tensione CC, che viene confrontata con una soglia predeterminata. Questi dispositivi sono preferiti per oggetti di plastica.
La classificazione delle apparecchiature di misurazione e dei sensori non si limita alla descrizione e ai parametri sopra indicati. Con l'avventonuovi tipi di strumenti di misura, il gruppo totale è in aumento. Sono state approvate varie definizioni per distinguere tra sensori e trasduttori. I sensori possono essere definiti come un elemento che percepisce l'energia al fine di produrre una variante nella stessa o in una diversa forma di energia. Il sensore converte il valore misurato nel segnale di uscita desiderato utilizzando il principio di conversione.
In base ai segnali ricevuti e creati, il principio può essere suddiviso nei seguenti gruppi: elettrico, meccanico, termico, chimico, radiante e magnetico.
6. Sensori a ultrasuoni
Il sensore a ultrasuoni viene utilizzato per rilevare la presenza di un oggetto. Ciò si ottiene emettendo onde ultrasoniche dalla testa del dispositivo e quindi ricevendo il segnale ultrasonico riflesso dall'oggetto corrispondente. Questo aiuta a rilevare la posizione, la presenza e il movimento degli oggetti.
Poiché i sensori a ultrasuoni si basano sul suono anziché sulla luce per il rilevamento, sono ampiamente utilizzati nella misurazione del livello dell'acqua, nelle procedure di scansione medica e nell'industria automobilistica. Le onde ultrasoniche possono rilevare oggetti invisibili come lucidi, bottiglie di vetro, bottiglie di plastica e lastre di vetro con i loro sensori riflettenti.
Principio di funzionamento
La classificazione dei sensori induttivi si basa sull'ambito del loro utilizzo. Qui è importante tenere conto delle proprietà fisiche e chimiche degli oggetti. Il movimento delle onde ultrasoniche varia a seconda della forma e del tipo di mezzo. Ad esempio, le onde ultrasoniche viaggiano direttamente attraverso un mezzo omogeneo e vengono riflesse e ritrasmesse al confine tra diversi mezzi. Il corpo umano nell'aria provoca riflessi significativi e può essere facilmente rilevato.
La tecnologia utilizza i seguenti principi:
- Multiriflessione. La riflessione multipla si verifica quando le onde vengono riflesse più di una volta tra il sensore e il target.
- Zona limite. È possibile regolare la distanza di rilevamento minima e la distanza di rilevamento massima. Questa è chiamata zona limite.
- Zona di rilevamento. Questo è l'intervallo tra la superficie della testina del sensore e la distanza di rilevamento minima ottenuta regolando la distanza di scansione.
I dispositivi dotati di questa tecnologia possono scansionare vari tipi di oggetti. Le sorgenti ultrasoniche sono utilizzate attivamente nella creazione di veicoli.
