Els sensors són dispositius complexos que s'utilitzen sovint per detectar i respondre a senyals elèctrics o òptics. El dispositiu converteix un paràmetre físic (temperatura, pressió arterial, humitat, velocitat) en un senyal que el dispositiu pot mesurar.
La classificació dels sensors en aquest cas pot ser diferent. Hi ha diversos paràmetres bàsics per a la distribució dels aparells de mesura, que es tractaran més endavant. Bàsicament, aquesta separació es deu a l'acció de diverses forces.
Això és fàcil d'explicar utilitzant la mesura de la temperatura com a exemple. El mercuri d'un termòmetre de vidre s'expandeix i comprimeix el líquid per convertir la temperatura mesurada, que un observador pot llegir des d'un tub de vidre calibrat.
Criteris de selecció
Hi ha algunes característiques que cal tenir en compte a l'hora de classificar un sensor. S'enumeren a continuació:
- Precisió.
- Condicions ambientals: normalment els sensors tenen limitacions de temperatura i humitat.
- Rang - límitmesures del sensor.
- Calibració: necessària per a la majoria d'instruments de mesura, ja que les lectures canvien amb el temps.
- Cost.
- Repetibilitat: les lectures variables es mesuren repetidament en el mateix entorn.
Distribució per categoria
Les classificacions dels sensors es divideixen en les categories següents:
- Nombre d'entrada principal de paràmetres.
- Principis de transducció (utilitzant efectes físics i químics).
- Material i tecnologia.
- Destinació.
El principi de transducció és un criteri fonamental seguit per a la recollida d'informació efectiva. Normalment, els criteris logístics els selecciona l'equip de desenvolupament.
La classificació dels sensors en funció de les propietats es distribueix de la següent manera:
- Temperatura: termistors, termoparells, termòmetres de resistència, microcircuits.
- Pressió: fibra òptica, buit, mesuradors de fluids flexibles, LVDT, electrònic.
- Flux: electromagnètic, pressió diferencial, desplaçament posicional, massa tèrmica.
- Sensors de nivell: pressió diferencial, radiofreqüència ultrasònica, radar, desplaçament tèrmic.
- Proximitat i desplaçament: LVDT, fotovoltaica, capacitiva, magnètica, ultrasònica.
- Biosensors: mirall ressonant, electroquímic, ressonància plasmònica superficial, potenciomètric adreçable a la llum.
- Imatge: CCD, CMOS.
- Gas i química: semiconductors, infrarojos, conducció, electroquímics.
- Acceleració: giroscopis, acceleròmetres.
- Altres: sensor d'humitat, sensor de velocitat, massa, sensor d'inclinació, força, viscositat.
Aquest és un gran grup de subseccions. Cal destacar que amb el descobriment de noves tecnologies, les seccions es reomplin constantment.
Assignació de la classificació del sensor en funció de la direcció d'ús:
- Control, mesura i automatització del procés de producció.
- Ús no industrial: aviació, dispositius mèdics, automòbils, electrònica de consum.
Els sensors es poden classificar segons els requisits d'alimentació:
- Sensor actiu: dispositius que requereixen energia. Per exemple, LiDAR (detecció de llum i telèmetre), cèl·lula fotoconductora.
- Sensor passiu: sensors que no requereixen energia. Per exemple, radiòmetres, fotografia pel·lícula.
Aquestes dues seccions inclouen tots els dispositius coneguts per la ciència.
A les aplicacions actuals, l'assignació de la classificació del sensor es pot agrupar de la següent manera:
- Acceleròmetres: basats en tecnologia de sensors microelectromecànics. S'utilitzen per controlar pacients que posen marcapassos. i dinàmica del vehicle.
- Biosensors - basats en tecnologia electroquímica. S'utilitza per provar aliments, dispositius mèdics, aigua i detectar patògens biològics perillosos.
- Sensors d'imatge: basats en la tecnologia CMOS. S'utilitzen en electrònica de consum, biometria, vigilància del trànsittrànsit i seguretat, així com imatges d'ordinador.
- Detectors de moviment: basats en tecnologies d'infrarojos, ultrasònics i de microones/radar. S'utilitza en videojocs i simulacions, activació de llum i detecció de seguretat.
Tipus de sensor
També hi ha un grup principal. Es divideix en sis àrees principals:
- Temperatura.
- Infrarojos.
- Ultraviolada.
- Sensor.
- Aproximació, moviment.
- Ecografia.
Cada grup pot incloure subseccions, si la tecnologia fins i tot s'utilitza parcialment com a part d'un dispositiu concret.
1. Sensors de temperatura
Aquest és un dels grups principals. La classificació dels sensors de temperatura uneix tots els dispositius que tenen la capacitat d'avaluar paràmetres en funció de l'escalfament o el refredament d'un determinat tipus de substància o material.
Aquest dispositiu recull informació sobre la temperatura d'una font i la converteix en una forma que altres equips o persones puguin entendre. La millor il·lustració d'un sensor de temperatura és el mercuri en un termòmetre de vidre. El mercuri del vidre s'expandeix i es contrau amb els canvis de temperatura. La temperatura exterior és l'element inicial per mesurar l'indicador. La posició del mercuri és observada per l'espectador per mesurar el paràmetre. Hi ha dos tipus principals de sensors de temperatura:
- Sensors de contacte. Aquest tipus de dispositiu requereix un contacte físic directe amb l'objecte o el portador. Ells tenen el controltemperatura de sòlids, líquids i gasos en un ampli rang de temperatures.
- Sensors de proximitat. Aquest tipus de sensor no requereix cap contacte físic amb l'objecte o el medi mesurat. Controlen sòlids i líquids no reflectants, però són inútils per als gasos per la seva transparència natural. Aquests instruments utilitzen la llei de Planck per mesurar la temperatura. Aquesta llei fa referència a la calor emesa per la font per mesurar la referència.
Treballar amb diversos dispositius
El principi de funcionament i classificació dels sensors de temperatura es divideix en l'ús de la tecnologia en altres tipus d'equips. Aquests poden ser taulers de comandament en un cotxe i unitats de producció especials en una botiga industrial.
- Termopar: els mòduls estan fets de dos cables (cadascun - de diferents aliatges homogenis o metalls), que formen una transició de mesura connectant-se en un extrem. Aquesta unitat de mesura està oberta als elements estudiats. L' altre extrem del cable acaba amb un dispositiu de mesura on es forma una unió de referència. El corrent circula pel circuit perquè les temperatures de les dues unions són diferents. La tensió en mil·livolts resultant es mesura per determinar la temperatura a la unió.
- Els detectors de temperatura de resistència (RTD) són tipus de termistors que es fan per mesurar la resistència elèctrica a mesura que canvia la temperatura. Són més cars que qualsevol altre dispositiu de detecció de temperatura.
- Termistors. Són un altre tipus de resistències tèrmiques en les quals una granel canvi de resistència és proporcional a un petit canvi de temperatura.
2. Sensor IR
Aquest dispositiu emet o detecta radiació infraroja per detectar una fase específica de l'entorn. Com a regla general, la radiació tèrmica és emesa per tots els objectes de l'espectre infraroig. Aquest sensor detecta el tipus de font que no és visible per l'ull humà.
La idea bàsica és utilitzar LED infrarojos per transmetre ones de llum a un objecte. S'hauria d'utilitzar un altre díode IR del mateix tipus per detectar l'ona reflectida de l'objecte.
Principi de funcionament
La classificació dels sensors del sistema d'automatització en aquesta direcció és habitual. Això es deu al fet que la tecnologia permet utilitzar eines addicionals per avaluar paràmetres externs. Quan un receptor d'infrarojos s'exposa a la llum infraroja, es desenvolupa una diferència de tensió entre els cables. Les propietats elèctriques dels components del sensor IR es poden utilitzar per mesurar la distància a un objecte. Quan un receptor d'infrarojos s'exposa a la llum, es produeix una diferència de potencial entre els cables.
Si escau:
- Termografia: segons la llei de la radiació dels objectes, és possible observar l'entorn amb o sense llum visible mitjançant aquesta tecnologia.
- Escalfament: els infrarojos es poden utilitzar per cuinar i reescalfar aliments. Poden eliminar el gel de les ales dels avions. Els convertidors són populars a la indústriacamps com la impressió, l'emmotllament de plàstic i la soldadura de polímers.
- Espectroscòpia: aquesta tècnica s'utilitza per identificar molècules mitjançant l'anàlisi d'enllaços constituents. La tecnologia utilitza la radiació lumínica per estudiar els compostos orgànics.
- Meteorologia: mesura l'alçada dels núvols, calcula la temperatura de la terra i la superfície és possible si els satèl·lits meteorològics estan equipats amb radiòmetres d'escaneig.
- Fotobiomodulació: s'utilitza per a la quimioteràpia en pacients amb càncer. A més, la tecnologia s'està utilitzant per tractar el virus de l'herpes.
- Climatologia: seguiment de l'intercanvi d'energia entre l'atmosfera i la terra.
- Comunicació: un làser infrarojo proporciona llum per a la comunicació de fibra òptica. Aquestes emissions també s'utilitzen per a la comunicació a curta distància entre perifèrics mòbils i ordinadors.
3. Sensor UV
Aquests sensors mesuren la intensitat o la potència de la radiació ultraviolada incident. Una forma de radiació electromagnètica té una longitud d'ona més llarga que els raigs X, però encara és més curta que la radiació visible.
Un material actiu conegut com a diamant policristalí s'utilitza per mesurar de manera fiable l'ultraviolat. Els instruments poden detectar diversos impactes ambientals.
Criteris de selecció del dispositiu:
- Intervals de longitud d'ona en nanòmetres (nm) que es poden detectar amb sensors ultraviolats.
- Temperatura de funcionament.
- Precisió.
- Pes.
- Rangpotència.
Principi de funcionament
Un sensor ultraviolat rep un tipus de senyal d'energia i transmet un altre tipus de senyal. Per observar i registrar aquests corrents de sortida, s'envien a un comptador elèctric. Per crear gràfics i informes, les lectures es transfereixen a un convertidor analògic a digital (ADC) i després a un ordinador amb programari.
S'utilitza en els electrodomèstics següents:
- Els fototubs UV són sensors sensibles a la radiació que controlen el tractament de l'aire UV, el tractament de l'aigua UV i l'exposició solar.
- Sensors de llum: mesureu la intensitat del feix incident.
- Els sensors d'espectre UV són dispositius acoblats de càrrega (CCD) que s'utilitzen en imatges de laboratori.
- detectors de llum UV.
- detectors germicides UV.
- sensors de fotoestabilitat.
4. Sensor tàctil
Aquest és un altre gran grup de dispositius. La classificació dels sensors de pressió s'utilitza per avaluar els paràmetres externs responsables de l'aparició de característiques addicionals sota l'acció d'un determinat objecte o substància.
El sensor tàctil actua com una resistència variable segons on estigui connectat.
El sensor tàctil consta de:
- Un material totalment conductor com el coure.
- Material intermedi aïllat, com ara escuma o plàstic.
- Material parcialment conductor.
Al mateix temps, no hi ha una separació estricta. La classificació dels sensors de pressió s'estableix seleccionant un sensor específic, que avalua la tensió emergent dins o fora de l'objecte en estudi.
Principi de funcionament
El material parcialment conductor s'oposa al flux de corrent. El principi del codificador lineal és que el flux de corrent es considera més oposat quan la longitud del material per on ha de passar el corrent és més llarga. Com a resultat, la resistència del material canvia canviant la posició en què entra en contacte amb un objecte totalment conductor.
La classificació dels sensors d'automatització es basa completament en el principi descrit. Aquí hi ha recursos addicionals en forma de programari desenvolupat especialment. Normalment, el programari s'associa amb sensors tàctils. Els dispositius poden recordar el "últim toc" quan el sensor està desactivat. Poden registrar el "primer toc" tan bon punt s'activa el sensor i comprendre tots els significats que hi estan associats. Aquesta acció és semblant a moure el ratolí d'un ordinador a l' altre extrem del coixinet del ratolí per moure el cursor a l' altre costat de la pantalla.
5. Sensor de proximitat
Els vehicles moderns utilitzen cada cop més aquesta tecnologia. La classificació dels sensors elèctrics que utilitzen mòduls de llum i sensors està guanyant popularitat entre els fabricants d'automòbils.
El sensor de proximitat detecta la presència d'objectes gairebé sense cappunts de contacte. Com que no hi ha contacte entre els mòduls i l'objecte percebut i no hi ha peces mecàniques, aquests dispositius tenen una llarga vida útil i una gran fiabilitat.
Diferents tipus de sensors de proximitat:
- Sensors de proximitat inductius.
- Sensors de proximitat capacitius.
- Sensors de proximitat per ultrasons.
- Sensors fotoelèctrics.
- Sensors de sala.
Principi de funcionament
El sensor de proximitat emet un camp electromagnètic o electrostàtic o un feix de radiació electromagnètica (com ara infrarojos) i espera un senyal de resposta o canvis en el camp. L'objecte que s'està detectant es coneix com l'objectiu del mòdul de registre.
La classificació dels sensors segons el principi de funcionament i la finalitat serà la següent:
- Dispositius inductius: hi ha un oscil·lador a l'entrada que canvia la resistència a la pèrdua a la proximitat d'un medi elèctricament conductor. Aquests dispositius són preferits per a objectes metàl·lics.
- Sensors de proximitat capacitius: converteixen el canvi en la capacitat electrostàtica entre els elèctrodes de detecció i la terra. Això passa quan s'apropa a un objecte proper amb un canvi en la freqüència d'oscil·lació. Per detectar un objecte proper, la freqüència d'oscil·lació es converteix en una tensió de CC, que es compara amb un llindar predeterminat. Aquests accessoris són preferits per a objectes de plàstic.
La classificació dels equips de mesura i sensors no es limita a la descripció i els paràmetres anteriors. Amb l'adventnous tipus d'instruments de mesura, el grup total està augmentant. S'han aprovat diverses definicions per distingir entre sensors i transductors. Els sensors es poden definir com un element que detecta energia per tal de produir una variant de la mateixa o diferent forma d'energia. El sensor converteix el valor mesurat en el senyal de sortida desitjat mitjançant el principi de conversió.
En funció dels senyals rebuts i creats, el principi es pot dividir en els grups següents: elèctric, mecànic, tèrmic, químic, radiant i magnètic.
6. Sensors d'ultrasons
El sensor ultrasònic s'utilitza per detectar la presència d'un objecte. Això s'aconsegueix emetent ones ultrasòniques des del capçal del dispositiu i després rebent el senyal ultrasònic reflectit de l'objecte corresponent. Això ajuda a detectar la posició, la presència i el moviment dels objectes.
Com que els sensors ultrasònics es basen en el so més que en la llum per a la detecció, s'utilitzen àmpliament en el mesurament del nivell d'aigua, procediments d'exploració mèdica i en la indústria de l'automòbil. Les ones ultrasòniques poden detectar objectes invisibles com ara transparències, ampolles de vidre, ampolles de plàstic i vidre amb els seus sensors reflectants.
Principi de funcionament
La classificació dels sensors inductius es basa en l'abast del seu ús. Aquí és important tenir en compte les propietats físiques i químiques dels objectes. El moviment de les ones ultrasòniques difereix segons la forma i el tipus de medi. Per exemple, les ones ultrasòniques viatgen directament a través d'un medi homogeni i es reflecteixen i es transmeten de nou al límit entre diferents mitjans. El cos humà a l'aire provoca reflexos importants i es pot detectar fàcilment.
La tecnologia utilitza els principis següents:
- Multireflexió. La reflexió múltiple es produeix quan les ones es reflecteixen més d'una vegada entre el sensor i l'objectiu.
- Zona límit. Es poden ajustar la distància de detecció mínima i la distància de detecció màxima. Això s'anomena zona límit.
- Zona de detecció. Aquest és l'interval entre la superfície del capçal del sensor i la distància mínima de detecció obtinguda ajustant la distància d'escaneig.
Els dispositius equipats amb aquesta tecnologia poden escanejar diversos tipus d'objectes. Les fonts d'ultrasons s'utilitzen activament en la creació de vehicles.
