Jutikliai yra sudėtingi prietaisai, dažnai naudojami elektriniams ar optiniams signalams aptikti ir į juos reaguoti. Prietaisas paverčia fizinį parametrą (temperatūrą, kraujospūdį, drėgmę, greitį) į signalą, kurį prietaisas gali išmatuoti.
Jutiklių klasifikacija šiuo atveju gali skirtis. Yra keli pagrindiniai matavimo prietaisų paskirstymo parametrai, kurie bus aptariami toliau. Iš esmės šis atsiskyrimas atsiranda dėl įvairių jėgų veikimo.
Tai lengva paaiškinti naudojant temperatūros matavimo pavyzdį. Stikliniame termometre esantis gyvsidabris plečiasi ir suspaudžia skystį, kad paverstų išmatuotą temperatūrą, kurią stebėtojas gali nuskaityti iš kalibruoto stiklinio vamzdžio.
Atrankos kriterijai
Klasifikuojant jutiklį reikia atsižvelgti į tam tikras funkcijas. Jie išvardyti toliau:
- Tikslumas.
- Aplinkos sąlygos – paprastai jutikliai turi temperatūros, drėgmės apribojimus.
- Diapazonas – ribajutiklio matavimai.
- Kalibravimas – reikalingas daugumai matavimo priemonių, nes rodmenys laikui bėgant kinta.
- Kaina.
- Pakartojamumas – kintantys rodmenys pakartotinai matuojami toje pačioje aplinkoje.
Paskirstymas pagal kategorijas
Jutiklių klasifikacijos skirstomos į šias kategorijas:
- Pagrindinis įvesties parametrų skaičius.
- Perdavimo principai (naudojant fizinį ir cheminį poveikį).
- Medžiaga ir technologija.
- Paskirtis.
Perdavimo principas yra pagrindinis veiksmingo informacijos rinkimo kriterijus. Paprastai logistikos kriterijus pasirenka kūrimo komanda.
Jutiklių klasifikacija pagal savybes paskirstoma taip:
- Temperatūra: termistoriai, termoporos, varžos termometrai, mikroschemos.
- Slėgis: šviesolaidinis, vakuuminis, lankstūs skysčių matuokliai, LVDT, elektroninė.
- Srauto: elektromagnetinis, diferencinis slėgis, padėties poslinkis, šiluminė masė.
- Lygio jutikliai: slėgio skirtumas, ultragarso radijo dažnis, radaras, šiluminis poslinkis.
- Artumas ir poslinkis: LVDT, fotovoltinė, talpinė, magnetinė, ultragarsinė.
- Biosensoriai: rezonansinis veidrodis, elektrocheminis, paviršiaus plazmoninis rezonansas, šviesai adresuojamas potenciometrinis.
- Vaizdas: CCD, CMOS.
- Dujos ir chemija: puslaidininkiai, infraraudonieji spinduliai, laidumas, elektrocheminė.
- Pagreitis: giroskopai, akselerometrai.
- Kita: drėgmės jutiklis, greičio jutiklis, masės, posvyrio jutiklis, jėga, klampumas.
Tai didelė poskyrių grupė. Pastebėtina, kad atrandant naujas technologijas, skyriai nuolat pildomi.
Jutiklio klasifikavimo priskyrimas pagal naudojimo kryptį:
- Gamybos proceso valdymas, matavimas ir automatizavimas.
- Nepramoninis naudojimas: aviacija, medicinos prietaisai, automobiliai, buitinė elektronika.
Jutikliai gali būti klasifikuojami pagal galios reikalavimus:
- Aktyvus jutiklis – įrenginiai, kuriems reikia maitinimo. Pavyzdžiui, LiDAR (šviesos aptikimas ir nuotolio ieškiklis), fotolaidus elementas.
- Pasyvus jutiklis – jutikliai, kuriems nereikia maitinimo. Pavyzdžiui, radiometrai, filmavimas.
Šios dvi dalys apima visus mokslui žinomus įrenginius.
Dabartinėse programose jutiklių klasifikavimo priskyrimas gali būti sugrupuotas taip:
- Akselerometrai – pagrįsti mikroelektromechaninių jutiklių technologija. Jie naudojami pacientams, kurie įjungia širdies stimuliatorius, stebėti. ir transporto priemonės dinamika.
- Biosensoriai – pagrįsti elektrochemine technologija. Naudojamas maistui, medicinos prietaisams, vandeniui tirti ir pavojingiems biologiniams patogenams aptikti.
- Vaizdo jutikliai – pagrįsti CMOS technologija. Jie naudojami buitinėje elektronikoje, biometrijoje, eismo stebėjimeeismą ir saugumą, taip pat kompiuterio vaizdus.
- Judesio detektoriai – pagrįsti infraraudonųjų spindulių, ultragarso ir mikrobangų/radarų technologijomis. Naudojamas vaizdo žaidimuose ir modeliavime, šviesos įjungimui ir saugos aptikimui.
Jutiklių tipai
Yra ir pagrindinė grupė. Jis suskirstytas į šešias pagrindines sritis:
- Temperatūra.
- Infraraudonieji spinduliai.
- Ultravioletinė.
- Jutiklis.
- Priartėjimas, judėjimas.
- Ultragarsas.
Kiekvienoje grupėje gali būti poskyrių, jei technologija net iš dalies naudojama kaip konkretaus įrenginio dalis.
1. Temperatūros jutikliai
Tai viena iš pagrindinių grupių. Temperatūros jutiklių klasifikacija vienija visus įrenginius, kurie turi galimybę įvertinti parametrus pagal tam tikros rūšies medžiagos ar medžiagos šildymą arba aušinimą.
Šis įrenginys renka informaciją apie temperatūrą iš š altinio ir paverčia ją tokia forma, kurią gali suprasti kita įranga ar žmonės. Geriausias temperatūros jutiklio pavyzdys yra gyvsidabris stikliniame termometre. Gyvsidabris stikle plečiasi ir traukiasi keičiantis temperatūrai. Lauko temperatūra yra indikatoriaus matavimo pradžios elementas. Žiūrovas stebi gyvsidabrio padėtį, kad pamatuotų parametrą. Yra du pagrindiniai temperatūros jutiklių tipai:
- Susisiekite su jutikliais. Šio tipo įrenginiams reikalingas tiesioginis fizinis kontaktas su objektu ar nešikliu. Jie valdokietųjų medžiagų, skysčių ir dujų temperatūra plačiame temperatūrų diapazone.
- Artumo jutikliai. Šio tipo jutikliams nereikia jokio fizinio kontakto su matuojamu objektu ar terpe. Jie kontroliuoja neatspindinčias kietąsias medžiagas ir skysčius, tačiau dėl natūralaus skaidrumo yra nenaudingos dujoms. Šie prietaisai temperatūrai matuoti naudoja Plancko dėsnį. Šis įstatymas yra susijęs su š altinio skleidžiama šiluma, kad būtų galima išmatuoti etaloną.
Darbas su įvairiais įrenginiais
Temperatūros jutiklių veikimo principas ir klasifikacija skirstomi į technologijų naudojimą kitų tipų įrangoje. Tai gali būti prietaisų skydeliai automobilyje ir specialūs gamybos padaliniai pramoninėje parduotuvėje.
- Termopora – moduliai gaminami iš dviejų laidų (kiekvienas – iš skirtingų vienalyčių lydinių ar metalų), kurie viename gale sujungdami sudaro matavimo perėjimą. Šis matavimo vienetas yra atviras tiriamiems elementams. Kitas laido galas baigiasi matavimo prietaisu, kuriame susidaro atskaitos sandūra. Srovė teka per grandinę, nes dviejų sandūrų temperatūros skiriasi. Gauta milivoltų įtampa matuojama siekiant nustatyti temperatūrą sandūroje.
- Atsparumo temperatūros detektoriai (RTD) yra termistorių tipai, skirti matuoti elektrinę varžą kintant temperatūrai. Jie yra brangesni nei bet kurie kiti temperatūros aptikimo įrenginiai.
- Termistoriai. Jie yra dar vienas šiluminių rezistorių tipas, kuriame didelisatsparumo pokytis yra proporcingas nedideliam temperatūros pokyčiui.
2. IR jutiklis
Šis įrenginys skleidžia arba aptinka infraraudonąją spinduliuotę, kad aptiktų konkrečią aplinkos fazę. Paprastai šiluminę spinduliuotę skleidžia visi infraraudonųjų spindulių spektro objektai. Šis jutiklis aptinka š altinio tipą, kuris nėra matomas žmogaus akiai.
Pagrindinė idėja yra naudoti infraraudonuosius šviesos diodus šviesos bangoms perduoti objektui. Norint aptikti objekto atspindėtą bangą, reikia naudoti kitą to paties tipo IR diodą.
Veikimo principas
Daviklių klasifikacija automatikos sistemoje šia kryptimi yra įprasta. Taip yra dėl to, kad technologija leidžia naudoti papildomas priemones išoriniams parametrams įvertinti. Kai infraraudonųjų spindulių imtuvas yra veikiamas infraraudonųjų spindulių, laiduose susidaro įtampos skirtumas. IR jutiklio komponentų elektrinės savybės gali būti naudojamos atstumui iki objekto išmatuoti. Kai infraraudonųjų spindulių imtuvas yra veikiamas šviesos, laiduose atsiranda potencialų skirtumas.
Jei taikoma:
- Termografija: pagal objektų spinduliavimo dėsnį, naudojant šią technologiją, galima stebėti aplinką su matoma šviesa arba be jos.
- Šildymas: infraraudonuosius spindulius galima naudoti gaminant ir pašildyti maistą. Jie gali pašalinti ledą nuo lėktuvo sparnų. Konvertatoriai yra populiarūs pramonėjetokiose srityse kaip spausdinimas, plastiko liejimas ir polimerų suvirinimas.
- Spektroskopija: šis metodas naudojamas molekulėms identifikuoti, analizuojant sudedamąsias jungtis. Ši technologija organiniams junginiams tirti naudoja šviesos spinduliuotę.
- Meteorologija: išmatuokite debesų aukštį, apskaičiuokite žemės ir paviršiaus temperatūrą, jei meteorologiniuose palydovuose įrengti skenuojantys radiometrai.
- Fotobiomoduliacija: naudojama vėžiu sergančių pacientų chemoterapijai. Be to, ši technologija naudojama herpeso virusui gydyti.
- Klimatologija: energijos mainų tarp atmosferos ir žemės stebėjimas.
- Ryšis: infraraudonųjų spindulių lazeris suteikia šviesą optinio pluošto ryšiui. Šie spinduliai taip pat naudojami trumpo nuotolio ryšiui tarp mobiliųjų įrenginių ir kompiuterių periferinių įrenginių.
3. UV jutiklis
Šie jutikliai matuoja krintančios ultravioletinės spinduliuotės intensyvumą arba galią. Tam tikros formos elektromagnetinės spinduliuotės bangos ilgis yra ilgesnis nei rentgeno spindulių, bet vis tiek trumpesnis už matomą spinduliuotę.
Aktyvi medžiaga, žinoma kaip polikristalinis deimantas, naudojama patikimam ultravioletinių spindulių matavimui. Prietaisai gali aptikti įvairų poveikį aplinkai.
Įrenginio pasirinkimo kriterijai:
- Bangos ilgio diapazonai nanometrais (nm), kuriuos gali aptikti ultravioletiniai jutikliai.
- Darbinė temperatūra.
- Tikslumas.
- Svoris.
- Asortimentasgalia.
Veikimo principas
UV jutiklis gauna vieno tipo energijos signalą ir perduoda kito tipo signalą. Norint stebėti ir įrašyti šiuos išvesties srautus, jie siunčiami į elektros skaitiklį. Norint sukurti grafikus ir ataskaitas, rodmenys perkeliami į analoginį-skaitmeninį keitiklį (ADC), o tada į kompiuterį su programine įranga.
Naudojamas šiuose prietaisuose:
- UV fotovamzdžiai yra spinduliuotei jautrūs jutikliai, kurie stebi UV oro apdorojimą, UV vandens apdorojimą ir saulės poveikį.
- Šviesos jutikliai – matuoja krintančio pluošto intensyvumą.
- UV spektro jutikliai yra su įkrovimu sujungti įrenginiai (CCD), naudojami laboratoriniam vaizdavimui.
- UV šviesos detektoriai.
- UV baktericidiniai detektoriai.
- Fotografijos stabilumo jutikliai.
4. Jutiklinis jutiklis
Tai dar viena didelė įrenginių grupė. Slėgio jutiklių klasifikacija naudojama išoriniams parametrams, atsakingiems už papildomų charakteristikų atsiradimą veikiant tam tikram objektui ar medžiagai, įvertinti.
Prisilietimo jutiklis veikia kaip kintamasis rezistorius, priklausomai nuo to, kur jis prijungtas.
Lietimo jutiklis susideda iš:
- Visiškai laidžioji medžiaga, pvz., varis.
- Izoliuota tarpinė medžiaga, pvz., putplastis arba plastikas.
- Iš dalies laidžioji medžiaga.
Tuo pačiu metu nėra griežto atskyrimo. Slėgio jutiklių klasifikacija nustatoma parenkant konkretų jutiklį, kuris įvertina kylančią įtampą tiriamo objekto viduje arba išorėje.
Veikimo principas
Iš dalies laidžioji medžiaga prieštarauja srovės srautui. Linijinio kodavimo principas yra tas, kad srovės srautas laikomas labiau priešingu, kai medžiagos, per kurią turi praeiti srovė, ilgis yra didesnis. Dėl to medžiagos atsparumas keičiasi keičiant padėtį, kurioje ji liečiasi su visiškai laidžiu objektu.
Automatizavimo jutiklių klasifikacija yra visiškai pagrįsta aprašytu principu. Čia naudojami papildomi ištekliai specialiai sukurtos programinės įrangos forma. Paprastai programinė įranga yra susieta su jutikliniais jutikliais. Įrenginiai gali prisiminti „paskutinį prisilietimą“, kai jutiklis išjungtas. Jie gali užregistruoti „pirmą prisilietimą“vos suaktyvinus jutiklį ir suprasti visas su juo susijusias reikšmes. Šis veiksmas panašus į kompiuterio pelės perkėlimą į kitą pelės kilimėlio galą, kad žymeklis būtų perkeltas į tolimą ekrano pusę.
5. Artumo jutiklis
Ši technologija vis dažniau naudojama šiuolaikinėse transporto priemonėse. Elektrinių jutiklių, naudojančių šviesą ir jutiklių modulius, klasifikacija populiarėja tarp automobilių gamintojų.
Artumo jutiklis aptinka objektus, kurių beveik nėrasąlyčio taškai. Kadangi tarp modulių ir matomo objekto nėra kontakto ir nėra mechaninių dalių, šie įrenginiai tarnauja ilgai ir yra labai patikimi.
Įvairių tipų artumo jutikliai:
- Indukciniai artumo jutikliai.
- Talpiniai artumo jutikliai.
- Ultragarsiniai artumo jutikliai.
- Fotoelektriniai jutikliai.
- Salės jutikliai.
Veikimo principas
Artumo jutiklis skleidžia elektromagnetinį arba elektrostatinį lauką arba elektromagnetinės spinduliuotės spindulį (pvz., infraraudonųjų spindulių) ir laukia atsako signalo arba lauko pokyčių. Aptinkamas objektas yra žinomas kaip registracijos modulio taikinys.
Jutiklių klasifikacija pagal veikimo principą ir paskirtį bus tokia:
- Indukciniai įtaisai: įėjime yra osciliatorius, kuris keičia atsparumą nuostoliams iki elektrai laidžios terpės artumo. Šie įrenginiai tinka metaliniams objektams.
- Talpiniai artumo jutikliai: jie konvertuoja elektrostatinės talpos pokytį tarp aptikimo elektrodų ir žemės. Tai atsitinka artėjant prie šalia esančio objekto, pasikeitus virpesių dažniui. Norint aptikti netoliese esantį objektą, virpesių dažnis paverčiamas nuolatine įtampa, kuri lyginama su iš anksto nustatyta slenksčiu. Šie šviestuvai tinka plastikiniams objektams.
Matavimo įrangos ir jutiklių klasifikacija neapsiriboja aukščiau pateiktu aprašymu ir parametrais. Su atėjimunaujų tipų matavimo priemonių, bendra grupė didėja. Buvo patvirtinti įvairūs apibrėžimai, skirti atskirti jutiklius ir keitiklius. Jutikliai gali būti apibrėžti kaip elementas, kuris jaučia energiją, kad sukurtų tos pačios arba skirtingos energijos formos variantą. Jutiklis konvertuoja išmatuotą vertę į norimą išvesties signalą naudodamas konvertavimo principą.
Pagal gautus ir sukurtus signalus principą galima suskirstyti į tokias grupes: elektrinis, mechaninis, terminis, cheminis, spindulinis ir magnetinis.
6. Ultragarsiniai jutikliai
Ultragarsinis jutiklis naudojamas objekto buvimui aptikti. Tai pasiekiama skleidžiant ultragarso bangas iš prietaiso galvutės ir tada priimant atspindėtą ultragarso signalą iš atitinkamo objekto. Tai padeda aptikti objektų padėtį, buvimą ir judėjimą.
Kadangi ultragarsiniai jutikliai aptinkami veikiau garsu, o ne šviesa, jie plačiai naudojami vandens lygio matavimui, medicininio skenavimo procedūroms ir automobilių pramonėje. Ultragarso bangos gali aptikti nematomus objektus, pvz., skaidres, stiklinius butelius, plastikinius butelius ir stiklo lakštą, naudodamos atspindinčius jutiklius.
Veikimo principas
Indukcinių jutiklių klasifikacija priklauso nuo jų naudojimo apimties. Čia svarbu atsižvelgti į fizines ir chemines objektų savybes. Ultragarso bangų judėjimas skiriasi priklausomai nuo terpės formos ir tipo. Pavyzdžiui, ultragarso bangos sklinda tiesiai per vienalytę terpę ir atsispindi bei perduodamos atgal į ribą tarp skirtingų terpių. Žmogaus kūnas ore sukelia didelį atspindį ir gali būti lengvai aptiktas.
Technologija naudoja šiuos principus:
- Daugialypis atspindys. Daugybinis atspindys atsiranda, kai bangos atsispindi daugiau nei vieną kartą tarp jutiklio ir taikinio.
- Ribo zona. Galima reguliuoti mažiausią jutimo atstumą ir didžiausią jutimo atstumą. Tai vadinama ribine zona.
- Aptikimo zona. Tai yra intervalas tarp jutiklio galvutės paviršiaus ir mažiausio aptikimo atstumo, gauto koreguojant nuskaitymo atstumą.
Įrenginiai su šia technologija gali nuskaityti įvairių tipų objektus. Ultragarsiniai š altiniai aktyviai naudojami kuriant transporto priemones.
