Andurid on keerulised seadmed, mida sageli kasutatakse elektriliste või optiliste signaalide tuvastamiseks ja neile reageerimiseks. Seade teisendab füüsilise parameetri (temperatuur, vererõhk, niiskus, kiirus) signaaliks, mida seade saab mõõta.
Andurite klassifikatsioon võib sel juhul olla erinev. Mõõteseadmete jaotamisel on mitu põhiparameetrit, mida arutatakse edasi. Põhimõtteliselt on see eraldumine tingitud erinevate jõudude toimest.
Seda on lihtne selgitada, kasutades näitena temperatuuri mõõtmist. Klaastermomeetris olev elavhõbe paisub ja surub vedeliku kokku, et teisendada mõõdetud temperatuur, mida vaatleja saab lugeda kalibreeritud klaastorust.
Valikukriteeriumid
Anduri klassifitseerimisel tuleb arvestada teatud funktsioonidega. Need on loetletud allpool:
- Täpsus.
- Keskkonnatingimused – tavaliselt on anduritel temperatuuri, niiskuse piirangud.
- Vahemik – piiranganduri mõõtmised.
- Kalibreerimine – vajalik enamiku mõõtevahendite jaoks, kuna näidud aja jooksul muutuvad.
- Kulu.
- Korratavus – muutuvaid näitu mõõdetakse korduv alt samas keskkonnas.
Jaotus kategooria järgi
Andurite klassifikatsioonid on jagatud järgmistesse kategooriatesse:
- Parameetrite esmane sisend.
- Transduktsiooni põhimõtted (kasutades füüsikalisi ja keemilisi mõjusid).
- Materjal ja tehnoloogia.
- Sihtkoht.
Edastamise põhimõte on tõhusa teabe kogumise põhikriteerium. Tavaliselt valib logistilised kriteeriumid arendusmeeskond.
Andurite klassifikatsioon omaduste põhjal jaguneb järgmiselt:
- Temperatuur: termistorid, termopaarid, takistustermomeetrid, mikroskeemid.
- Rõhk: fiiberoptiline, vaakum, painduvad vedelikumõõturid, LVDT, elektrooniline.
- Vool: elektromagnetiline, diferentsiaalrõhk, asendinihe, soojusmass.
- Tasemeandurid: diferentsiaalrõhk, ultraheli raadiosagedus, radar, soojusnihe.
- Lähedus ja nihe: LVDT, fotogalvaaniline, mahtuvuslik, magnetiline, ultraheli.
- Biosensorid: resonantspeegel, elektrokeemiline, pinnaplasmonresonants, valguse adresseeritav potentsiomeetriline.
- Pilt: CCD, CMOS.
- Gaas ja keemia: pooljuht, infrapuna, juhtivus, elektrokeemiline.
- Kiirendus: güroskoobid, kiirendusmõõturid.
- Muud: niiskusandur, kiirusandur, mass, kaldeandur, jõud, viskoossus.
See on suur alajaotiste rühm. Tähelepanuväärne on see, et uute tehnoloogiate avastamisel täienevad jaotised pidev alt.
Anduri klassifikatsiooni määramine kasutussuuna alusel:
- Tootmisprotsessi juhtimine, mõõtmine ja automatiseerimine.
- Mittetööstuslik kasutamine: lennundus, meditsiiniseadmed, autod, tarbeelektroonika.
Andureid saab liigitada vastav alt võimsusnõuetele:
- Aktiivne andur – toidet vajavad seadmed. Näiteks LiDAR (valgusetuvastus ja kaugusmõõtja), fotojuhtiv element.
- Passiivne andur – andurid, mis ei vaja toidet. Näiteks radiomeetrid, filmifotograafia.
Need kaks jaotist hõlmavad kõiki teadusele teadaolevaid seadmeid.
Praegustes rakendustes saab andurite klassifikatsiooni määramise rühmitada järgmiselt:
- Kiirendusmõõturid – põhinevad mikroelektromehaanilisel anduritehnoloogial. Neid kasutatakse patsientide jälgimiseks, kes lülitavad sisse südamestimulaatorid. ja sõiduki dünaamika.
- Biosensorid – põhinevad elektrokeemilisel tehnoloogial. Kasutatakse toidu, meditsiiniseadmete ja vee testimiseks ning ohtlike bioloogiliste patogeenide tuvastamiseks.
- Pildiandurid – põhinevad CMOS-tehnoloogial. Neid kasutatakse olmeelektroonikas, biomeetrias, liiklusseiresliiklust ja turvalisust, aga ka arvutipilte.
- Liikumisandurid – põhinevad infrapuna-, ultraheli- ja mikrolaine-/radaritehnoloogiatel. Kasutatakse videomängudes ja simulatsioonides, valguse aktiveerimises ja turvatuvastuses.
Anduritüübid
Seal on ka põhirühm. See on jagatud kuueks põhivaldkonnaks:
- Temperatuur.
- Infrapuna.
- Ultraviolett.
- Andur.
- Lähenemine, liikumine.
- Ultraheli.
Iga rühm võib sisaldada alajaotisi, kui tehnoloogiat kasutatakse kas või osaliselt teatud seadme osana.
1. Temperatuuriandurid
See on üks peamisi gruppe. Temperatuuriandurite klassifikatsioon ühendab kõiki seadmeid, millel on võime hinnata parameetreid, mis põhinevad teatud tüüpi aine või materjali kuumutamisel või jahutamisel.
See seade kogub allikast temperatuuriteavet ja teisendab selle teistele seadmetele või inimestele arusaadavasse vormi. Temperatuurianduri parim näide on elavhõbe klaastermomeetris. Elavhõbe klaasis paisub ja tõmbub kokku temperatuurimuutustega. Välistemperatuur on indikaatori mõõtmise lähteelement. Elavhõbeda asendit jälgib vaataja parameetri mõõtmiseks. Temperatuuriandureid on kahte peamist tüüpi:
- Võtke ühendust anduritega. Seda tüüpi seade nõuab otsest füüsilist kontakti objekti või kandjaga. Nad on kontrolli alltahkete ainete, vedelike ja gaaside temperatuur laias temperatuurivahemikus.
- Lähendusandurid. Seda tüüpi andur ei vaja füüsilist kontakti mõõdetava objekti või kandjaga. Need kontrollivad mittepeegeldavaid tahkeid ja vedelikke, kuid on gaaside jaoks kasutud nende loomuliku läbipaistvuse tõttu. Need instrumendid kasutavad temperatuuri mõõtmiseks Plancki seadust. See seadus käsitleb allika poolt eralduvat soojust võrdlusaluse mõõtmiseks.
Töötage erinevate seadmetega
Temperatuuriandurite tööpõhimõte ja klassifikatsioon jagunevad tehnoloogia kasutamiseks muud tüüpi seadmetes. Need võivad olla armatuurlauad autos ja spetsiaalsed tootmisüksused tööstustsehhis.
- Termopaar - moodulid on valmistatud kahest traadist (igaüks - erinevatest homogeensetest sulamitest või metallidest), mis ühest otsast ühendades moodustavad mõõteülemineku. See mõõtühik on avatud uuritavatele elementidele. Traadi teine ots lõpeb mõõteseadmega, kus moodustub võrdlusliitmik. Vool liigub läbi ahela, kuna kahe ristmiku temperatuurid on erinevad. Saadud millivoldine pinge mõõdetakse temperatuuri määramiseks ristmikul.
- Resistance Temperature Detectors (RTD) on termistorite tüübid, mis on ette nähtud elektritakistuse mõõtmiseks temperatuurimuutuste korral. Need on kallimad kui kõik teised temperatuuri tuvastamise seadmed.
- Termistorid. Need on teist tüüpi soojustakistid, milles suurtakistuse muutus on võrdeline väikese temperatuurimuutusega.
2. IR andur
See seade kiirgab või tuvastab infrapunakiirgust, et tuvastada keskkonnas konkreetne faas. Reeglina kiirgavad soojuskiirgust kõik infrapunaspektris olevad objektid. See andur tuvastab inimsilmale mittenähtava allika tüübi.
Põhiidee on kasutada infrapuna-LED-sid valguslainete edastamiseks objektile. Objektilt peegeldunud laine tuvastamiseks tuleks kasutada teist sama tüüpi IR-dioodi.
Tööpõhimõte
Andurite klassifitseerimine automaatikasüsteemis selles suunas on levinud. See on tingitud asjaolust, et tehnoloogia võimaldab kasutada täiendavaid tööriistu väliste parameetrite hindamiseks. Kui infrapuna-vastuvõtja puutub kokku infrapunavalgusega, tekib juhtmete vahel pingeerinevus. IR-anduri komponentide elektrilisi omadusi saab kasutada kauguse mõõtmiseks objektini. Kui infrapuna-vastuvõtja puutub kokku valgusega, tekib juhtmete vahel potentsiaalide erinevus.
Vajadusel:
- Termograafia: vastav alt objektide kiirgusseadusele on selle tehnoloogia abil võimalik vaadelda keskkonda nii nähtava valgusega kui ka ilma.
- Kuumutamine: infrapunakiirgust saab kasutada toidu valmistamiseks ja soojendamiseks. Nad suudavad lennuki tiibadelt jääd eemaldada. Konverterid on tööstuses populaarsedvaldkondades nagu trükkimine, plasti vormimine ja polümeeride keevitamine.
- Spektroskoopia: seda tehnikat kasutatakse molekulide tuvastamiseks koostisosade sidemete analüüsimise teel. Tehnoloogia kasutab orgaaniliste ühendite uurimiseks valguskiirgust.
- Meteoroloogia: mõõta pilvede kõrgust, arvutada maa ja pinna temperatuur on võimalik, kui meteoroloogilised satelliidid on varustatud skaneerivate radiomeetritega.
- Fotobiomodulatsioon: kasutatakse vähihaigete kemoteraapias. Lisaks kasutatakse seda tehnoloogiat herpesviiruse raviks.
- Klimatoloogia: atmosfääri ja maa vahelise energiavahetuse jälgimine.
- Side: infrapunalaser annab valgust kiudoptilise side jaoks. Neid emissioone kasutatakse ka mobiilside ja arvuti välisseadmete vaheliseks lähisideks.
3. UV-sensor
Need andurid mõõdavad langeva ultraviolettkiirguse intensiivsust või võimsust. Elektromagnetilise kiirguse teatud vormil on pikem lainepikkus kui röntgenikiirgusel, kuid see on siiski lühem kui nähtaval kiirgusel.
Aktiivset materjali, mida tuntakse polükristallilise teemandina, kasutatakse ultraviolettkiirguse usaldusväärseks mõõtmiseks. Seadmed suudavad tuvastada erinevaid keskkonnamõjusid.
Seadme valiku kriteeriumid:
- Lainepikkuse vahemikud nanomeetrites (nm), mida saab tuvastada ultraviolettanduritega.
- Töötemperatuur.
- Täpsus.
- Kaal.
- Vahemikusvõimsus.
Tööpõhimõte
Ultraviolettandur võtab vastu üht tüüpi energiasignaali ja edastab teist tüüpi signaali. Nende väljundvoogude jälgimiseks ja salvestamiseks saadetakse need elektriarvestisse. Graafikute ja aruannete koostamiseks kantakse näidud üle analoog-digitaalmuundurisse (ADC) ja seejärel tarkvaraga arvutisse.
Kasutatakse järgmistes seadmetes:
- UV-fototorud on kiirgustundlikud andurid, mis jälgivad UV-õhutöötlust, UV-veetöötlust ja päikesekiirgust.
- Valgusandurid – mõõdavad langeva kiire intensiivsust.
- UV-spektri andurid on laenguga ühendatud seadmed (CCD-d), mida kasutatakse laboripildis.
- UV valguse detektorid.
- UV bakteritsiidsed detektorid.
- Fotostabiilsuse andurid.
4. Puuteandur
See on veel üks suur seadmete rühm. Rõhuandurite klassifikatsiooni kasutatakse väliste parameetrite hindamiseks, mis põhjustavad teatud objekti või aine mõjul täiendavate omaduste ilmnemist.
Puuteandur toimib muutuva takistina vastav alt sellele, kuhu see on ühendatud.
Puuteandur koosneb:
- Täielikult juhtiv materjal, näiteks vask.
- Isoleeritud vahematerjal, näiteks vaht või plast.
- Osaliselt juhtiv materjal.
Samas pole ranget eraldatust. Rõhuandurite klassifikatsioon määratakse kindlaks konkreetse anduri valimisel, mis hindab tekkivat pinget uuritava objekti sees või väljaspool.
Tööpõhimõte
Osaliselt juhtiv materjal on voolu vastu. Lineaarkooderi põhimõte seisneb selles, et voolu voolu peetakse vastupidisemaks, kui materjali pikkus, mida vool läbib, on pikem. Selle tulemusena muutub materjali takistus, muutes asendit, milles see puutub kokku täielikult juhtiva esemega.
Automaatikaandurite klassifikatsioon põhineb täielikult kirjeldatud põhimõttel. Siin kaasatakse täiendavaid ressursse spetsiaalselt välja töötatud tarkvara näol. Tavaliselt on tarkvara puuteanduritega seotud. Seadmed mäletavad "viimast puudutust", kui andur on keelatud. Nad saavad registreerida "esimese puudutuse" kohe pärast anduri aktiveerimist ja mõistavad kõiki sellega seotud tähendusi. See toiming sarnaneb arvutihiire liigutamisega hiirepadi teise otsa, et viia kursor ekraani kaugemasse serva.
5. Lähedussensor
Kaasaegsed sõidukid kasutavad seda tehnoloogiat üha enam. Valgus- ja andurimooduleid kasutavate elektriandurite klassifikatsioon kogub autotootjate seas populaarsust.
Lähendusandur tuvastab objektide olemasolu, mis on peaaegu ilma nendetakokkupuutepunktid. Kuna moodulite ja tajutava objekti vahel puudub kontakt ega mehaanilised osad, on nendel seadmetel pikk kasutusiga ja kõrge töökindlus.
Erinevat tüüpi lähedusandurid:
- Induktiivsed lähedusandurid.
- Mahtuvuslikud lähedusandurid.
- Ultraheli lähedusandurid.
- Fotoelektrilised andurid.
- Saaliandurid.
Tööpõhimõte
Lähendusandur kiirgab elektromagnetilist või elektrostaatilist välja või elektromagnetkiirgust (nt infrapuna) ja ootab vastussignaali või muutusi väljas. Tuvastatavat objekti tuntakse registreerimismooduli sihtmärgina.
Andurite klassifikatsioon vastav alt tööpõhimõttele ja otstarbele on järgmine:
- Induktiivseadmed: sisendis on ostsillaator, mis muudab kaotustakistust elektrit juhtiva keskkonna lähedusele. Neid seadmeid eelistatakse metallesemete jaoks.
- Mahtuvuslikud lähedusandurid: need muudavad elektrostaatilise mahtuvuse muutuse tuvastuselektroodide ja maanduse vahel. See juhtub, kui läheneda lähedalasuvale objektile võnkesageduse muutumisega. Lähedal asuva objekti tuvastamiseks teisendatakse võnkesagedus alalispingeks, mida võrreldakse etteantud lävega. Neid kinnitusi eelistatakse plastesemete jaoks.
Mõõteseadmete ja andurite klassifikatsioon ei piirdu ül altoodud kirjelduse ja parameetritega. Advendigauut tüüpi mõõteriistad, kogu grupp suureneb. Andurite ja andurite eristamiseks on heaks kiidetud erinevad määratlused. Andureid võib defineerida kui elementi, mis tajub energiat, et toota sama või erineva energiavormiga varianti. Andur teisendab mõõdetud väärtuse soovitud väljundsignaaliks, kasutades teisenduspõhimõtet.
Vastuvõetud ja loodud signaalide põhjal võib põhimõtte jagada järgmistesse rühmadesse: elektriline, mehaaniline, termiline, keemiline, kiirgus- ja magnetiline.
6. Ultraheliandurid
Ultraheliandurit kasutatakse objekti olemasolu tuvastamiseks. See saavutatakse ultrahelilainete kiirgamisega seadme peast ja seejärel vastav alt objektilt peegeldunud ultraheli signaali vastuvõtmisega. See aitab tuvastada objektide asukohta, olemasolu ja liikumist.
Kuna ultraheliandurid toetuvad tuvastamiseks pigem helile kui valgusele, kasutatakse neid laialdaselt veetaseme mõõtmisel, meditsiinilisel skaneerimisel ja autotööstuses. Ultrahelilained suudavad oma peegeldavate anduritega tuvastada nähtamatuid objekte, nagu lüümikud, klaaspudelid, plastpudelid ja lehtklaas.
Tööpõhimõte
Induktiivandurite klassifikatsioon põhineb nende kasutusaladel. Siin on oluline arvestada objektide füüsikalisi ja keemilisi omadusi. Ultrahelilainete liikumine erineb olenev alt kandja kujust ja tüübist. Näiteks ultrahelilained liiguvad otse läbi homogeense keskkonna ning peegelduvad ja edastatakse tagasi erinevate meediumite vahelisele piirile. Inimkeha õhus põhjustab märkimisväärset peegeldust ja seda on lihtne tuvastada.
Tehnoloogias kasutatakse järgmisi põhimõtteid:
- Multipeegeldus. Mitu peegeldust tekib siis, kui lained peegelduvad anduri ja sihtmärgi vahel rohkem kui üks kord.
- Limitsoon. Minimaalset ja maksimaalset tuvastuskaugust saab reguleerida. Seda nimetatakse piirtsooniks.
- Tuvastamistsoon. See on intervall anduripea pinna ja skaneerimiskauguse reguleerimisel saadud minimaalse tuvastamiskauguse vahel.
Selle tehnoloogiaga varustatud seadmed suudavad skannida erinevat tüüpi objekte. Ultraheliallikaid kasutatakse aktiivselt sõidukite loomisel.
