Как работают сенсорные датчики?

Гироскоп

Классический механический гироскоп представляет собой устройство, состоящее из массивного тела (ротора), вращающегося с большой скоростью вокруг своей оси симметрии. Гироскоп обладает двумя замечательными свойствами, в основе которых лежит закон сохранения вращательного момента. Эти свойства делают гироскоп незаменимым инструментом для целей навигации.

Первое свойство — способность гироскопа сохранять направление главной оси относительно пространства. Другими словами, если разместить ротор гироскопа в кардановом подвесе с возможностью вращения вокруг всех трех осей, то гироскоп будет сохранять свое положение при любом движении основания подвеса. Проще всего представить себе работу гироскопа на примере полета самолета. Перед вылетом, разместим в кабине самолета гироскоп, и развернем его так, чтобы ось ротора смотрела на полярную звезду. Затем сильно раскрутим ротор, а еще лучше подключим к ротору небольшой двигатель. Самолет взлетает и начинает выполнять фигуры сложного пилотажа, включая бочку и мертвую петлю. Так вот, какие бы маневры не совершал самолет, ротор гироскопа по-прежнему будет смотреть на полярную звезду. Надо думать, что гироскопы чаще всего и применяются в самолетах для определения их положения в пространстве.

Ко второму замечательному свойству можно отнести возникновение прецессии ротора при приложении к нему внешнего вращательного момента. Суть этого явления заключается в том, что если пытаться повернуть ротор вокруг оси, перпендикулярной оси его вращения, то гироскоп будет сопротивляться этому движению но, что неожиданно, станет вращаться вокруг оси, перпендикулярной оси принудительного вращения. Это свойство используется в корабельных гирокомпасах — устройствах которые в отличие от магнитного компаса указывают на истинный полюс земли и не подвержены влиянию электромагнетизма.

Ввиду высокой сложности изготовления, цена настоящего механического гироскопа для авиации, начинается от $1500. Кроме того, размер и масса такого устройства достаточно велики чтобы использовать их в тех же авиамоделях.

МЭМС гироскопы

Появление МЭМС-технологии (микроэлектромеханические системы) позволило создать дешевый миниатюрный гироскоп, который встречается сегодня практически в каждом смартфоне. Справедливости ради, следует сказать что этот самый микро-гироскоп не то же самое что авиационный гироскоп. Это устройство правильнее называть гиротахометр, то есть измеритель скорости угла поворота. В основе МЭМС-гироскопа лежит так называемый вибрационный гироскоп, в котором роль вращающегося ротора играет своеобразный вибрирующий маятник. При повороте гироскопа, вибрирующий маятник пытается сопротивляться приложенной силе. Возникающее сопротивление маятника фиксируется различными способами и преобразуется в электрический сигнал.

МЭМС-гироскопы различаются по ряду параметров:

• диапазон измеряемой скорости поворота: 100гр/с, 400гр/с, 2000гр/с;
• оси, для которых производится измерение, любые комбинации осей X,Y и Z (Pitch, Roll, Yaw);
• наличие встроенных фильтров (обычно ФНЧ (low pass filter) и ФВЧ (high pass filter)).

Как правило, МЭМС-гироскоп имеет от одного до трех аналоговых выходов, напряжение на которых пропорционально скорости поворота корпуса устройства вдоль соответствующих осей. Также, готовые модули гироскопов могут иметь встроенный АЦП и цифровой внешний интерфейс, например I2C.

МЭМС-гироскопы используются для стабилизации полета вертолетов, квадрокоптеров и прочих авиамоделей. Как уже говорилось, во многих смартфонах имеется встроенный гироскоп (бывает и акселерометр), который используется в различных интерактивных приложениях. В таком устройстве как Сегвей (Segway) гироскопы, совместно с акселерометрами служат для обеспечения балансирования устройства на двух колесах. Стоимость МЭМС-гироскопа варьируется в районе $10-40.

Акселерометр

Акселерометр — это прибор, позволяющий измерять ускорение тела под действием внешних сил. Схематически, акселерометр можно изобразить в виде массивного тела, которое способно передвигаться вдоль некоторой оси и соединено с корпусом прибора пружинами. Если такой прибор толкнуть вправо (кадр B), то груз сместится по направляющей влево от центра оси. Определяя смещение груза относительно центральной точки и удается определить величину действующего ускорения.

Следует отметить, что на акселерометр, как и на все тела на этой планете, действует гравитационная сила. Если повернуть прибор на 90 градусов, эта сила сместит груз вниз и прибор покажет величину ускорения свободного падения.

Как правило, современные акселерометры позволяют измерять проекцию ускорения сразу на три оси трехмерного пространства. Зная эти величины, легко можно рассчитать угол наклона конкретной оси относительно поверхности земли. Однако, измерение наклона с помощью акселерометра возможно только тогда, когда последний находится в состоянии покоя. Ведь если на гироскоп во время измерения подействует любая другая сила, прибор непременно её зафиксирует и тем самым внесет ошибку в расчет углов.

Готовый модуль акселерометра может снабжаться как аналоговыми выходами — по одному на каждую ось, так и встроенным АЦП с цифровым интерфейсом I2C.

Как и в случае гироскопа, электронные акселерометры в наше время изготавливаются по технологии МЭМС. Благодаря этому, акселерометр можно легко встроить в мобильное устройство, миниатюрный беспилотный аппарат или в балансирующего робота. Цена устройства варьируется от $10 — $40.

Датчик температуры

Такой датчик можно встретить практически в каждом современном электронном приборе. Возьмем, к примеру, персональный компьютер. В нем есть датчики, измеряющие температуру процессора. В зависимости от этих измерений, вентилятор системы охлаждения меняет частоту вращения лопастей. Если же температура превысит все допустмые пределы, компьютер просто выключится. Аналогично устроена и система охлаждения двигателя в любом автомобиле.

Выделяют три основных типа датчиков температуры.

1) Терморезисторы (Thermistor) представляют собой полупроводниковые приборы, сопротивление которых сильно зависит от температуры. По диапазону рабочих температур терморезисторы делятся на низкотемпературные (до 170 К), среднетемпературные (от 170 до 510 К) и высокотемпературные (выше 570 К).

Подключается такой датчик к контроллеру, по той же схеме что и фоторезистор. То есть, необходимо построить делитель напряжения, верхним плечом которого будет служить терморезистор.

К этому же типу датчиков относятся и болометры — тепловые приемники излучения, чаще всего оптического. Такие датчики используются в тепловизорах для регистрации ИК-излучения от нагретых объектов.

2) Термопары (Thermocouple) основаны на термоэлектрическом эффекте. Термопарой такой датчик называется потому, что он действительно состоит из двух проводников с различными термоэлектрическими свойствами.

Подключить термопару к микроконтроллеру можно и напрямую к АЦП, но ЭДС термопары составляет несколько милливольт, и такой способ даст очень неточные результаты измерения. Лучше подключить датчик через операционный усилитель, либо воспользоваться специализированной микросхемой, например, MAX31855.

3) Диодные датчики (Silicon bandgap temperature sensor) — ещё один вид термодатчиков, широко применяемых в микроэлектронике. На этот раз, для регистрации температуры используется обычный кремниевый диод. Под воздействием нагрева, меняется прямое падение напряжения, которое можно легко измерить.

При достижении температуры 200-250 гр., растет ток утечки, и показания датчика на основе кремния становятся слишком неточными. Обойти это ограничение позволяет карбид-кремния.

Датчики и их разновидности

Датчики — устройства, содержащие чувствительные части, реагирующие на определенные факторы с целью управления, контроля, мониторинга работы электроустановок, электроники, силовых систем, двигателей, бытовых и иных приборов. Изделия регистрируют изменения среды и, посылая команду исполнительным частям, обеспечивают автоматизацию, автономность оснащения или передают данные на устройства слежения. С помощью датчиков обеспечивается также и безопасность, оборудования или окружающей среды (например, пожарные сенсоры). Для каждого типа оборудования характерный определенный вид детекторов с нужными функциями, стойкостью, сенситивностью — рассмотрим их. А также опишем устройство, принцип работы, внешний вид сенсоров. Таким образом, читатель сможет сориентироваться, где какое устройство применяется, что надо ремонтировать или покупать для замены.

Сенсорные выключатели

Развивающиеся технологии затронули практически все сферы жизнедеятельности человека. Не обошли они стороной и вопросы обустройства дома. Одним из ярких примеров тому является сенсорный выключатель. Это устройство позволяет управлять освещением помещения с помощью легкого прикосновения.

Сенсорный выключатель сразу же срабатывает даже при самом слабом прикосновении к кнопке. В его конструкцию входит три основных элемента. Среди них:

• Блок управления, обрабатывающий поступивший сигнал и передающий его нужным элементам.
• Устройство коммутации. Эта деталь смыкает и размыкает цепь, а также изменяет силу тока, потребляемую светильником.
• Управляющая (сенсорная) панель. С помощью этой детали выключатель воспринимает сигналы с пульта ДУ или от касания. Самые современные устройства срабатывают при проведении рядом с ними рукой.

— включать и выключать свет;

— контролировать работу отопительных приборов, сообщая об изменениях температуры;

— открывать и закрывать жалюзи;

— включать и выключать бытовые устройства.

Сенсорные выключатели производят различных видов. Конкретная модель выбирается в зависимости от потребностей офиса или жилого дома. Например, желание приобрести и установить сенсорное устройство может возникнуть из-за расположения стационарного выключателя в неудобном месте с невозможностью его переноса. А может, в доме или в квартире живет человек, подвижность которого ограничена. Порой стационарные выключатели находятся на такой высоте, что недоступны для детей. Решение проблемы потребует выбора определенной модели. Некоторые хозяева предпочитают устанавливать сенсорные выключатели для изменения яркости света не вставая с кровати и т. д.

1 ответ 1

Сенсор и датчик — в большинстве случаев одно и то же. Ранее в значении считывания физических величин и напр. определения состояния использовался преимущественно (если не исключительно) русский термин. Термин «сенсор» поначалу употреблялся только по отношению к устройствам, реагирующим на прикосновение человека («сенсорные устройства»: кнопки и клавиатура — touch pad и пр.) — в таком смысле и сейчас верен именно этот вариант. Однако сейчас термин «сенсор» расширенно стал применяться и в значении «датчик» (видимо, связано с переводами).

Индуктивные датчики

В основе работы данного прибора лежит принцип учета изменений индуктивности основных его составляющих – катушки и сердечника. Отсюда пошло и само название такого датчика.

Изменения индукции свидетельствуют о том, что в магнитном поле катушки появился металлический предмет, который изменил его и, соответственно, всю схему подключения, основная функция в которой возложена на компаратор. При этом происходит подача сигнала на реле и отключение электрического тока.

Исходя из этого можно говорить об основном предназначении такого прибора. Его используют для измерения перемещений части оборудования, которое должно быть отключено, если превышены пределы проходимости. Сами датчики имеют границы движения, варьируемые в пределах от одного микрона до двадцати миллиметров. В связи с этим такой прибор называют еще и индуктивным выключателем положения.

Обзор бесконтактных датчиков подобного типа позволяет выделить из них несколько разновидностей. Подобная классификация основана на различном количестве проводов подключения:

• Двухпроводные. Такие индуктивные датчики подключают непосредственно в цепь. Это наиболее простой, но при этом достаточно капризный вариант. Он требует номинального сопротивления нагрузке. При снижении или увеличении данного показателя работа прибора становится некорректной.
• Трехпроводные. Подобный вид индукционного датчика является самым распространенным. В таких схемах два провода следует подключить к напряжению, а один – непосредственно к нагрузке.
• Четырех- и пятипроводные. В этих датчиках два провода подключают к нагрузке, а пятый используют для возможности выбора необходимого режима работы.

Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

Что собой представляет датчик

Датчик — средство измерения различных параметров для формирования сигнала

Датчик − электронное либо электромеханическое устройство, трансформирующее силу воздействия в электрический импульс (сигнал) посредством одного или нескольких преобразователей.

С виду это чёрная коробка, формирующая на входе сигнал, который передается и обрабатывается в дальнейшем. Такие устройства располагают на разных расстояниях от обслуживаемого объекта либо системы. Все зависит от длины кабеля или радиосигнала.

Задачи и функции

Основная задача датчиков заключается в передаче исследуемых параметров на специальный приемник и последующую обработку сигнала. Также они контролируют исследуемый объект и замеряют его характеристики в определенных диапазонах. Существуют многофункциональные модели, фильтрующие, предварительно обрабатывающие необходимые параметры.

Датчики представляют собой часть технических систем, благодаря которым можно выполнять измерение, регулировку, настройку объектов.

Приборы преобразуют полученные данные, например, о контролируемой среде (давление, температура, частота, скорость) в электро-, пневмо-, оптические импульсы. При этом формируется подходящая для передачи и приятия приемником форма для дальнейшей обработки, хранения, регистрации информации.

Датчик угла поворота

Для определения положения шарнирных актуаторов в пространстве и для позиционирования колесных роботов применяются датчики угла поворота. Как правило, используются два типа таких устройств: датчики на основе потенциометра (potentiometer) и энкодеры (encoders). Встречаются и другие типы датчиков угла поворота, среди которых: сельсины, магнесины, поворотные трансформаторы и индуктосины.

Потенциометр

Самым простым в изготовлении и использовании является, пожалуй, потенциометр. Этот прибор имеет три вывода, два из которых соединены с резистивной пластиной, а третий с подвижным контактом, который передвигается по поверхности пластины при вращении вала. Таким образом, схематично потенциометр можно представить как делитель напряжения.

Обычно вал потенциометра вращается на один полный или неполный оборот, но бывают и такие, которые могут сделать несколько полных оборотов. Несомненным плюсом датчиков такого типа является возможность достаточно точно измерять абсолютный угол поворота. Другими словами, подавая питание на устройство сразу становится известно в каком положении находятся его актуаторы, что проблематично сделать при использовании инкрементальных энкодеров. К недостаткам же можно отнести достаточно высокую погрешность измерения сопротивления. Кроме того, со временем резистивная пластина истирается и появляются мертвые зоны, в которых либо вообще пропадает контакт, либо проявляется повышенная нестабильность показаний датчика.

Энкодер

В отличие от потенциометров, выходной сигнал энкодера имеет цифровой а не аналоговый характер. Имеются два вида энкодеров: инкрементальные и абсолютные.

Инкрементальный энкодер

Оптический инкрементальный энкодер представляет собой тонкий диск с нанесенными на него чередующимися прозрачными и черными участками. Диск закреплен на валу двигателя, а на его краю размещается фото датчик. При вращении диска происходит последовательное перекрывание щели фото датчика. Получая такой сигнал, контроллер может определить скорость вращения диска и величину угла на который повернулся вал.

Помимо фото датчиков, в инкрементальном энкодере могут применяться датчики холла. В этом случае вместо диска с рисунком применяется магнит. Разрешающая способность у такого энкодера значительно ниже чем у оптического. Также возможна фиксация положения диска при помощи щеточной системы.

Для определения направления вращения диска в систему добавляется еще один фото датчик. Такой энкодер называется квадратурным. Второй датчик сдвигается относительно первого таким образом, чтобы можно было зафиксировать четыре состояния: первый открыт, второй закрыт; оба открыты; первый закрыт, второй открыт; оба закрыты (10-11-01-00). При этом канал одного датчика называется синусом (A) а канал другого косинусом (B). Таким образом, если при движении диска сначала открывается датчик A, а затем датчик B (т.е. последовательность 10-11) то это движение в одну сторону. Если же сначала B а затем A (01-11) то имеет место обратное вращение.

Помимо возможности определить направление вращения, квадратурный энкодер позволяет увеличить точность позиционирования вдвое. Недостатком инкрементальных энкодеров является тот факт, что после включения устройства невозможно определить положение вала двигателя без проведения дополнительной процедуры инциализации. В рамках этой процедуры происходит вращение двигателей до обнаружения специальной метки (reference mark). Нахождение метки отдельным фото датчиком означает что двигатель прибыл в начальное положение и готов к работе.

Абсолютный энкодер

Для устранения главного недостатка инкрементальных энкодеров — потеря позиции при выключении питания, был разработан абсолютный энкодер. Диск с метками в этом энкодере устроен несколько сложнее. Начиная от края диска, на нем размещаются несколько слоев меток. Каждый слой отвечает за одну позицию в бинарном выходном коде. Для снятия сигнала с каждого слоя, напротив него размещается свой отдельный фото датчик. При этом, в каждом фиксированном положении диска, на выходе имеется строго уникальный бинарный код.

Часто, для кодирования угла на диске используется код Грея. Последовательность состояний датчика с таким кодом выглядит следующим образом: 000-001-011-010-110-111-101-100. В коде Грея, каждое последующее состояние отличается от предыдущего только на один бит. Применяются также и другие системы кодирования состояний. Например, на рисунке представлен диск энкодера с обычным двоичным кодом.

Следует отметить, что принципы заложенные в датчиках поворота применяются и в датчиках линейного перемещения. В частности, рисунок энкодера может наноситься не на диск а на подвижный элемент линейного актуатора. То же самое касается и потенциометров.

Обзор, принцип действия, назначение. Сенсорный выключатель

Нередко в электронике находит свое применение такой радиоэлемент, как геркон. Его особенность состоит в способности замыкания контактов при облучении магнитным полем. Что это означает? Взяв простой магнит или разместив недалеко от геркона электромагнит, можно легко производить замыкание и размыкание контактов этого радиоэлемента. По своей сути он и является своеобразным бесконтактным датчиком.

Оптические датчики

Такие бесконтактные выключатели на сегодняшний день находят свое широкое применение во многих отраслях человеческой деятельности, где работает оборудование, необходимое для обнаружения объектов. При подключении бесконтактного датчика используется кодирование. Это позволяет не допустить ложного срабатывания устройства при постороннем влиянии источников света. Работают подобные датчики и при низких температурах. В этих условиях на них надевают термокожухи.

Что представляют собой оптические бесконтрольные датчики? Это электронная схема, реагирующая на изменение того светового потока, который падает на приемник. Подобный принцип действия позволяет зафиксировать наличие или же отсутствие объекта в той или иной пространственной области.

В конструкции оптических бесконтактных датчиков имеется два основных блока. Один из них – источник излучения, а второй – приемник. Они могут находиться как в одном, так и в различных корпусах.

При рассмотрении принципа действия бесконтактного датчика можно выделить три типа оптических устройств:

• Барьерный. Работа оптических выключателей такого типа (Т) осуществляется на прямом луче. При этом приборы состоят из двух отдельных частей – передатчика и приемника, располагающихся соосно друг относительно друга. Тот поток излучения, который испускается излучателем, должен быть направлен точно в приемник. При прерывании луча объектом выключатель срабатывает. Такие датчики имеют хорошую помехозащищенность. Кроме этого, им не страшны ни капли дождя, ни пыль и т. д.
• Диффузный. Работа оптических выключателей типа D основана на использовании отраженного от объекта луча. Приемник и передатчик такого устройства располагают в одном корпусе. Излучателем направляется поток на объект. Луч, отражаясь от его поверхности, распределяется в различных направлениях. При этом часть потока возвращается назад, где и улавливается приемником. В результате выключатель срабатывает.
• Рефлекторный. Такие оптические бесконтактные датчики относятся к типу R. В них используется луч, отраженный от рефлектора. Приемник и излучатель такого устройства также располагаются в одном корпусе. При попадании на рефлектор луч отражается, оказывается в зоне приемника, в результате чего и происходит срабатывание устройства. Такие приборы действуют при расстоянии до объекта не более 10 метров. Возможно, их применение для фиксации полупрозрачных предметов.

Ультразвуковые датчики

Эти устройства находят свое широкое применение в самых различных сферах производства, решая множество задач по автоматизации технологических циклов. Ультразвуковые бесконтактные датчики используются для определения местонахождения и удаленности различных объектов.

Например, они служат для обнаружения этикеток, причем даже и прозрачных, для измерения расстояния и осуществления контроля над передвижением объекта. С их помощью определяют уровень жидкости. Необходимость в этом возникает, например, для учета расхода топлива при выполнении транспортных работ. И это только некоторые из большого количества применений выключателей ультразвукового типа.

Такие датчики довольно компактны. Их отличает качественная конструкция и отсутствие различных подвижных деталей. Это оборудование не боится загрязнений, что достаточно актуально в условиях производств, а также почти не требует обслуживания.

В составе ультразвукового датчика находится пьезоэлектрический обогреватель, являющийся одновременно и излучателем, и приемником. Данная конструктивная деталь воспроизводит поток звуковых импульсов, принимая его и преобразуя полученный сигнал в напряжение. Далее оно подается на контроллер, который производит обработку данных и вычисляет то расстояние, на котором находится объект. Подобная технология называется эхолокационной.

Активный диапазон ультразвукового датчика является рабочим диапазоном обнаружения. Это то расстояние, в пределах которого ультразвуковой прибор может «увидеть» объект, и неважно, приближается ли тот к чувствительному элементу в осевом направлении или движется поперек звукового конуса.

В зависимости от принципа работы выделяют ультразвуковые датчики:

• Положения. Такие устройства используют для исчисления временного промежутка, необходимого для прохождения звука от прибора к тому или иному объекту и назад. Бесконтактные ультразвуковые датчики положения применяют для контроля местоположения и наличия разнообразных механизмов, а также для их подсчета. Используются такие приборы и в качестве сигнализатора уровня различных жидкостей или сыпучих материалов.
• Расстояния и перемещения. Принцип работы подобных приборов аналогичен тому, который используется в описанном выше устройстве. Разница имеется только в типе того сигнала, который присутствует на выходе. Он аналоговый, а не дискретный. Датчики подобного типа применяются для преобразования имеющихся показателей расстояния до объекта в определенные электрические сигналы.

Сфера применения

Применение датчиков в быту

Различные виды датчиков давно и активно применяются в самых разных сферах:

• автоматических и телеметрических системах;
• системах безопасности (пожарной, охранной);
• робототехнике;
• здравоохранении;
• промышленности и производстве;
• измерительных системах.

В быту их используют в выключателях, барометрах, бытовой технике (тостерах, утюгах, кухонных плитах) и пр.

Датчики нужны там, где для слаженной работы объекта требуется мониторинг определенных факторов. Например, контроль температуры, когда пожарный детектор мгновенно фиксирует превышение порогового значения и передает к узлам сигнализации информацию об этом, а узел активирует звук, свет, автоматическое пожаротушение.

Магниточувствительные датчики

Эти выключатели применяются для осуществления контроля положения. Датчики срабатывают при приближении магнита, который расположен на движущейся части механизма. Такие устройства обладают расширенным температурным диапазоном (от -60 до +125 градусов по Цельсию). Подобная функциональность позволяет автоматизировать большое количество сложных производственных процессов.

Бесконтактный датчик температуры магниточувствительного типа применяют:

— на химических и металлургических производствах;

— в районах Крайнего Севера;

Свое применение они находят в охранных системах зданий, а также для автоматического открывания окон и входных дверей.

Самыми современными и быстродействующими являются магниточувствительные датчики, работающие на эффекте Холла. Они не подвержены механическому износу, так как обладают электронным выходным ключом. Ресурс таких датчиков практически неограничен. В связи с этим их применение является выгодным и практичным решением задач по измерению числа оборотов вала, фиксации расположения быстро движущихся объектов и т. д.

При измерении уровня жидкостей широко применяют поплавковые магниточувствительные датчики. Они являются оптимальным вариантом для определения необходимых показателей из-за недорогой цены и простоты конструкции.

Определения понятия датчик

Широко встречаются следующие определения:

• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
• датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
• датчик – конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В третьем и четвертом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Микроволновые датчики

Подобная разновидность бесконтактных выключателей является наиболее универсальным вариантом конструкции, чего позволяет добиться непрерывное сканирование обслуживаемой зоны. При этом стоит иметь в виду, что они находятся в более высокой ценовой категории, чем, например, ультразвуковые аналоги.

Функционирование подобного прибора происходит благодаря излучению электромагнитных волн, имеющих высокую частоту, значение которой несколько отличается в устройствах различных производителей. Микроволновые датчики настроены на сканирование и приемку отраженных волн. Это позволяет аппарату фиксировать даже самые малейшие изменения электромагнитного фона. Если это происходит, то сразу же срабатывает система оповещения, подключенная к датчику, в виде сигнализации, освещения и т. д.

Микроволновые приборы обладают повышенной точностью срабатывания и чувствительностью. Для них не являются преградами кирпичные стены, двери и предметы мебели. Данный факт следует учесть при установке системы. Уровень чувствительности прибора может быть изменен с помощью настройки датчика движения.

Применяют микроволновые выключатели для управления внутренним и наружным освещением, устройствами сигнализации, электроприборами и т. д.

Видео по теме

Сенсор, например, на замену сломанного, подбирают под параметры:

• на которые рассчитано обслуживаемое оборудование;
• характеристики могут быть иными: в рамках рекомендаций производителя;если прибор рассчитан на таковые (могут расширять его возможности, опции).
• в рамках рекомендаций производителя;
• если прибор рассчитан на таковые (могут расширять его возможности, опции).

• диапазон характеристик обслуживаемой среды (например, температура, давление). Если, например, датчик NTC или термопара рассчитана на работу в t° до +600, то, конечно же, они не будут эффективными, если рабочими температурами приложения являются значения около +900° C. Если сенсор работает с запитыванием (обычно слаботочным), то чрезмерно высокое значение попросту выведет его из строя, это же касается, если он предназначен для фиксирования электропараметров только определенного диапазона, а также такая некорректная по отношению к нему среда просто не будет правильно отслеживаться;
• инерционность. Это время срабатывания. Важно выдерживать допустимые нормы для конкретного оборудования. Например, если сенсор слишком медленный, то противопожарная система будет срабатывать с опозданием, что может привести к трагическим последствиям, принятые ею меры могут из-за опоздания стать неэффективными.

Остальные важные параметры:

• точность и погрешность;
• разрешение;
• мощность, в том числе сигнала на выходе;
• нужный момент, усилие от входного сигнала;
• выходное сопротивление;
• дифференциальность (способность различать).

При подборе надо проверять допуски — совокупность характеристик, допустимых для конкретного оборудования. Например, диапазон погрешностей, отклонений (±).

Статические качества. Выражают, насколько корректен выход датчика, насколько правильно отражает замеряемые величины спустя определенное время после их изменения, когда вых. импульс установился с новым значением. К таковым относятся:

Динамические характеристики. Редко приводятся в техописаниях. Для бытовых приборов, обычных целей их можно не учитывать.

Их берут во внимание, если требуется детектор для особо чувствительного оборудования (лабораторного, научного, для экспериментов), для предельно возможной точности, исключающей любые сбои, погрешности (сфера энергетики, космическая отрасль). К таковым относятся:

Требования для датчиков

Можно подобрать сенсор с большой погрешностью, если это допускается производителем, затребовано именно под особенности приложения или особо не влияет на качество работы.

Но в общем лучшими изделиями будут таковые со следующими качествами:

• однозначность зависимости вых. величины от входной;
• стабильность качеств во времени;
• чем выше чувствительность, тем лучше;
• малые размеры, вес;
• отсутствие обратного влияния на подконтрольный процесс, параметр;
• чем шире диапазон рабочих параметров, тем лучше, если это не ухудшает иные характеристики;
• расширенные способы монтажа.

Преимущества

Среди основных достоинств бесконтактных датчиков выделяют их:

— высокую степень герметичности;

— долговечность и надежность;

— разнообразие вариантов установки;

— отсутствие контакта с объектом и обратного воздействия.

Критерии выбора

При выборе оборудования в первую очередь учитывают, для каких целей оно приобретается и что нужно оценивать. Если сенсор сломан, ищут новый прибор, совпадающий по прежним параметрам.

Обязательно обращают внимание на следующие критерии:

• диапазон параметров обслуживаемых факторов (например, температура, давление);
• время, за которое срабатывает датчик;
• точность и максимальная погрешность;
• мощность, включая трансформируемый сигнал;
• усилие от принимаемого сигнала;
• выходной импеданс;
• способность различать импульсы.

Выбирая подходящий датчик, необходимо учитывать совокупность характеристик, соответствующих конкретному оборудованию.

Статические качества

Показывают, насколько корректно работает сенсор на выходе. Данный критерий отображает правильность замеряемых величин через некоторый отрезок времени после их изменения. Сюда входит чувствительность сенсора, его разрешение и линейность, а также коэффициент усиления. Дополнительно изучается отклонение показателей детектора, его рабочий диапазон, отклонение между повторяющимися измерениями и воспроизводимость.

Динамические характеристики

Учитывается время прохождения зоны нечувствительности, период запаздывания подаваемого сигнала, время нарастания и достижения первого максимума. Также необходимо обращать внимание на допустимые статические ошибки и разницу между максимально установленными параметрами от истинной величины. Данные характеристики особенно важны для сверхчувствительных приборов, где минимальные отклонения работы прибора сильно влияют на результат.

Типичные требования для датчиков

Если производитель допускает большую погрешность, и она не оказывает отрицательного воздействия на работу датчика, такое устройство можно приобретать. Однако все виды сенсоров должны соответствовать оптимальным параметрам:

• однозначность взаимозависимости выходной и входной величины;
• стабильность качественных показателей во временном пространстве;
• чувствительность – чем она выше, тем надежней считается прибор;
• небольшие габариты и маленький вес;
• широкий диапазон рабочих величин (если это не ухудшает основные его характеристики).

Также необходимо учитывать возможность монтировать устройство на любых плоскостях и поверхностях.

Датчик расстояния, дальномер

Для оценки расстояния до объекта служат ультразвуковые (ultrasonic range finder), а также оптические инфракрасные (IR range finder) и лазерные (laser range finder) дальномеры.

Работа ультразвукового датчика основана на принципе эхолокации. Динамик прибора издает УЗ импульс на определенной частоте и замеряет время до момента его возвращения на микрофон. Зная скорость распространения звука в окружающей среде и время замеренное таймером можно рассчитать расстояние до препятствия.

Ультразвуковые сенсоры широко применяются в промышленности и медицине. В отличие от оптических сенсоров они легко могут определять расстояние до прозрачных и бликующих предметов. Из недостатков эхолокации следует отметить достаточно большой угол диаграммы направленности, что приводит к неоднозначности измерений расстояния до поверхностей с неровностями.

Средняя цена ультразвуковых дальномеров, оформленных в виде готовых модулей, составляет $3 (HC-SR04), что делает их весьма доступными для наших целей.

В основе оптических дальномеров для коротких расстояний (до сотен метров) лежит подход, называемый триангуляцией. Инфракрасный светодиод через фокусирующую линзу излучает очень узкий пучок света. Отраженный от препятствия свет попадает на приемник, представляющий собой CCD матрицу. На основе анализа изображения CCD матрицы встроенный контроллер рассчитывает угол наклона принятого луча, и с помощью нехитрых тригонометрических выражений для прямоугольного треугольника вычисляет расстояние до препятствия.

Благодаря использованию узконаправленного луча оптические дальномеры могут использоваться для сканирования поверхностей и целых предметов, с достаточно высоким разрешением. Стоимость датчика с оптической триангуляцией выше стоимости ультразвукового дальномера в несколько раз и составляет в среднем $15.

Для оценки больших расстояний применяются лазерные дальномеры, работа которых аналогична работе ультразвуковых эхолотов. Вместо звука, в этом типе дальномеров использует отраженный от препятствия лазерный луч. Цена готового прибора варьируется от $500 до нескольких тысяч $.

Следует заметить, что в оптическом дальномере на основе триангуляции в качестве излучателя часто используется лазер. Такой модуль тоже может называться лазерным дальномером.

Система СИ СЕНС, уровнемеры, датчики давления, температуры, газоанализаторы и пр. СЕНСОР

Уже более 10 лет ГРУППА КОМПАНИЙ «НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» поставляет система измерительная, уровнемеры, датчики-сигнализаторы уровня, датчики давления и температуры, газоанализаторы, сирены, сигнализаторы, электроконтактные манометры, краны запорно-регулирующие, посты управления кнопочные, клапаны электромагнитные и донные скоростные, табло информационные, устройства заземления автоцистерн, корпуса, коробки соединительные. Накопленный опыт и применение комплектующих от ведущих производителей – это главные причины выбора потребителей в нашу пользу

Каталог продукции Сенсор

• ОБЪЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ
  Нефтеперерабатывающие заводы, терминалы наполнения автомобильных цистерн, танки, контейнеры-цистерны, в том числе для сжиженных углеводородных газов, агрессивных сред, АЗС, атомные станции и др.
• ОРИЕНТАЦИЯ НА ЗАКАЗЧИКА
  Разработка изделий по индивидуальным заданиям. Оперативное и профессиональное решение предлагаемых клиентами задач, мобильность, применение новейших прогрессивных технологий.
• ОБШИРНАЯ ГЕОГРАФИЯ
  Более 5000 заказчиков в России и СНГ. Продукция применяется всеми крупнейшими российскими нефтяными и газовыми компаниями. Число клиентов предприятия постоянно увеличивается.

• Система измерительная СИ СЕНСУровнемеры, датчики уровня и др.
• ПМП-201, ПМП-118, СЕНС-УР1 и др.
• Датчики и сигнализаторы уровняПМП-022, ПМП-185, ПМП-111 и др.
• СЕНС ПД, СЕНС-ПД-4-20МА и др.
• СЕНС-ПТ, ВУУК-ПТИ и др.
• ДМ, КМ и др.
• СЕНС-СГ, СЕНС-СГ-ДГ и др.
• МС-Т и др.
• Сирены и сигнализаторыВС-3, ВС-6-524, ВС-4-3C и др.
• Посты управления кнопочныеВУУК-КН и др.
• Клапаны донные скоростныеСЕНС ДС-П-Р, СЕНС-ДС-У-Р и др.
• УЗА-3В, УЗА-220В, УЗА-24В и др.
• Корпуса и коробкиКС, КС-D, ВУУК и др.
• АРМ СИ СЕНС, АРМ-КТП и др.

• Прайс-лист

  Ознакомьтесь с нашими ценами, получив прайс-лист или официальное коммерческое предложение по продукции СЕНСОР.

• Консультация

  Обратитесь к нашим специалистам для получения наиболее подходящих по техническим характеристикам и бюджету вариантов СЕНСОР

• Подбор аналога

  Сообщите нам маркировку конкурентов и мы предоставим выгодное по параметрам и ценовому диапазону предложение СЕНСОР

• Заказ и доставка

  Отправьте нам заявку для получения счета и договора купли-продажи для юридических и физических лиц на товары СЕНСОР

Обратитесь к нам или региональному дилеру для получения более подробной информации о сертификатах, характеристиках, отзывах, стоимости, наличии на складе и сроках поставки оборудования Сенсор.

Мы гарантируем ответ в течение 8 рабочих часов!

Задайте вопрос прямо сейчас:

Пирометрические датчики

Для организма любого живого существа характерно наличие теплового излучения, которое является пучком электромагнитных волн разной длины. При повышении температуры тела увеличивается и объем излучаемой им энергии.

На основе фиксации теплового излучения работают датчики, которые называются пирометрическими сенсорами. Они бывают:

— суммарного излучения, измеряющими полную тепловую энергию тела;

— частичного излучения, измеряющие энергию ограниченного приемником участка;

— спектрального отношения, выдающие показатель отношения энергии определенных участков спектра.

Бесконтактные датчики-сенсоры чаще всего применяются в приборах, фиксирующих движение объектов.

Классификация датчиков

На рынке можно найти много видов сенсоров. Практически все они базируются на воспринимающих элементах, улавливающих определенные параметры объекта. Например, чувствительной частью выступает:

• лазер либо оптический луч, установленный в детекторах скорости вращения;
• резистор, изготовленный из специального сплава, меняющий сопротивление под воздействием смены температур: ставится в терморезистивные датчики;
• спайка из различных сплавов, при некоторых температурах, реагирующая образованием электродвижущей силы;
• биметаллические пластины, управляющие электрическими контактами;
• тензометрические элементы, преобразующие величину деформации и меняющие характеристики.

Также это могут быть магниты, поплавки, химические реактивы.

Классификация датчиков по выходным параметрам (образованию наиболее удобного для восприятия импульса, в который преобразуется входной сигнал исследуемой среды), следующая:

• электродвижущей силы и напряжения;
• сопротивления;
• света, радиосигнала, звука.

Большинство датчиков являются электрическими приборами, так как именно они имеют множество преимуществ:

• электрический сигнал удобен для передачи на разные расстояния без задержки скорости;
• любые параметры легко преобразуются в электричество.
• электросенсоры очень точные, чувствительные, быстродействующие.

Детекторы разделяют на три класса:

• Аналоговые, образующие аналоговый сигнал потоку входных данных.
• Цифровые или электронные, генерирующие последовательности импульсов.
• Бинарные, создающие двухуровневый сигнал.

По принципу действия сенсоры бывают генераторными, гальваническими, тахометрическими, параметрическими, индуктивными, емкостными. Также существуют не особенно распространенные виды классификаций сенсоров:

• дискретные и непрерывные – по динамическому характеру трансформации;
• аналоговые и цифровые – по виду измерительных импульсов;
• проводные и беспроводные – по среде подачи импульсов;
• одномерные и многомерные – по количеству входящих параметров.

По виду измеряемых величин наиболее популярны следующие разновидности детекторов:

• давления: абсолютного, избыточного, разрежения, разности давления, давления-разрежения;
• расхода: механические, ультразвуковые, вихревые, электромагнитные, кориолисовые;
• уровня: радарные, емкостные, поплавковые, кондуктометрические;
• температуры: термопара, сопротивления, пирометры, теплового потока;
• перемещения: абсолютные, относительные;
• радиоактивности: ионизационные, прямого заряда;
• фотодатчики: фотодиоидные, фотосопротивления, фотоматричные.

Также бывают датчики влажности, положения, вибрации, механических величин, дуговой защиты.

Сенсор давления, датчик давления, преобразователь давления – в чем разница?

Очень часто приходится слышать от наших потребителей использование каждого из этих терминов с совершенно разными смысловыми посылами.

Попробуем разобраться и сформулировать определения этих терминов.

Сенсор давления – это чувствительный элемент, который определенным образом реагирует на изменение давления. Т.е. создаваемое давление непосредственно изменяет свойства сенсора ( емкость, сопротивление и пр.) и таким образом, мы получаем информацию об этом давлении.

На рисунке изображена пластина с пьезорезистивными сенсорами давления

Датчик давления – это наиболее часто встречающееся и всеобъемлющее понятие. Многие специалисты к датчикам давления относят и реле давления ( прессостаты), т.е. приборы, задача которых не выдавать значение давление, а срабатывать на Включение/ Выключение контактов при достижении определенных заданных изначально давлений. Иногда можно даже встретить специалистов, которые называют и манометры датчиками давления.

Но какое же все-таки определение датчиков давления является наиболее правильным? С нашей точки зрения датчик давления – это устройство готовое к измерению давления. Т.е. устройство содержащие в своем составе сенсор давления, имеющее корпус с возможностью монтажа в процесс и электрические выводы виде штырьков, проводов или даже специальных электрических коннекторов.

Cлева – датчик абсолютного давления со специальным фланцем под сварку Справа – датчик дифференциального давления, крепление датчика производится при помощи уплотнительных колец

Определение понятия

Что же такое бесконтактный датчик? Под ним понимают такой электронный прибор, который регистрирует присутствие определенного объекта в зоне своего действия и срабатывает без каких-либо механических или любых других воздействий.

Бесконтактные датчики применяются в самых различных сферах. Это создание бытовых приборов и системы охраны объектов, промышленные технологии и автомобилестроение. Кстати, в народе данный элемент называют «бесконтактным выключателем».

В чем отличие сенсора от датчика

Сенсор, или датчик (sensor) — это устройство для преобразования некоторой физической величины в электрический сигнал. Сенсоры являются по сути нервной системой робота и служат для обеспечения обратной связи между контроллером и окружающим миром.

Поскольку на поведение автоматической системы могут оказываться влияние многие физические факторы, существует и множество различных сенсоров способных эти факторы фиксировать.

Какая разница между словами «Сенсор», «Датчик», «Сканер»?

Какая разница между словами «Сенсор», «Датчик», «Сканер»? Также интересует какое слово использовать в контексте функции Touch ID на iPhone.

Базовое устройство и принцип работы

По характеру регистрируемых воздействий данные устройства бывают:

• Контактные, подразумевающие механическое воздействие. Ярким представителем этого вида считаются концевые выключатели – датчики, ограничивающие ход рабочего механизма.
• Бесконтактные. Работают на нескольких принципах обнаружения сигнала: магнитном, оптическом, микроволновом и пр.

У каждого прибора имеются свои особенности, которые определяют сферу применения. Например, бесконтактные оптико-электронные детекторы работают на удаленном расстоянии от объекта. Остальные используются исключительно на ограниченных расстояниях.

Устройство датчиков, принцип работы

Итак, датчик он же sensor является элементом узлов измерительных, сигнальных, регулирующих, управляющих частей оснащения. Деталь преобразует контролируемую, регулируемую величину (t°, давление, частоту, интенсивность света, электропараметров) в импульс, удобный для измерения, подачи, хранения, обработки, фиксации, а иногда он влияет на управляемые процессы.

Если упростить, то детектор является устройством, трансформирующим входное воздействие любых физических величин в сигнал, подготовленный для дальнейшей работы с ним.

Составные части

Есть чрезвычайно много конструкций сенсоров, чувствительных их частей, а также принципы сработки, взаимодействия, но все они обычно сводятся к такой структуре:

Общую схему датчика (Д) можно отобразить как совокупность чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразующей части (Пр.) Первый в системах автоматики, телемеханики — это орган чувств. Предназначенный, чтобы преобразовывать, подготавливать контролируемую величину (х) придавая ей форму сигнала х1, удобную для восприятия, измерения. Например, в преобразователе часто осуществляется трансформация импульса (х1) в электрический сигнал (у).

На вход детектора могут поступать как электроимпульсы, так и любые другие, иного характера (пневмо, давление, световые, звуковые и прочие), но с выхода наиболее удобно снимать электросигнал — его просто и легко усиливать, оценивать, передавать можно почти на неограниченные расстояния.

Существуют различные типы бесконтактных датчиков. Они классифицируются по принципу действия и бывают:

Рассмотрим каждый из этих видов приборов отдельно.

Тактильный сенсор

Датчик прикосновения реализует одно из самых востребованных чувств примитивных BEAM роботов и прочих ползающих электронных существ. Самый простой вариант такого сенсора представляет собой небольшой отрезок стальной проволоки с пружиной на конце. Этот ус припаивается к плате со стороны пружины, так чтобы он мог свободно двигаться в нужные стороны. По центру пружины, в плату впаивается короткий стержень из прочной негибкой проволоки. Прикасаясь такими усами к препятствию, происходит замыкание между пружиной и центральным стержнем, что интерпретируется как столкновение.

Существуют и другие типы тактильных датчиков. Так, датчик силы преобразует прикладываемую к сенсору физическую силу в аналоговый электрический сигнал. В основе таких устройств, как правило, лежит пьезоэлектрический эффект. Суть этого эффекта состоит в возникновении разности потенциалов на противоположных поверхностях пьезоэлектрического материала при воздействии на него силы. Подобное явление можно наблюдать и в обычной «пьезо» зажигалке. При ударе своеобразного молоточка по кристаллу, между электродами возникает настолько сильное напряжение, что появляется электрическая дуга.

Также с помощью датчика можно измерять степень изгиба пьезоэлектрической пластины, а также величину её вибрации, что используется для детектирования звука. К достоинством данного типа сенсоров можно отнести отсутствие энергопотребления. Недостатком же является хрупкость материала датчика.