Senzori su temeljni proizvodi u industriji proizvodnje elektroničke informacijske opreme i predstavljaju specijalizirane komponente među novim elektroničkim komponentama prioritetnim za razvoj. Industrija senzora, naširoko priznata u zemlji i inozemstvu kao obećavajući visoko-tehnološki sektor, privlači globalnu pozornost zbog svog visokog tehnološkog sadržaja, snažnih ekonomskih povrata, opsežnog prodora na tržište i širokih tržišnih izgleda. Potaknut rastućim tržištem industrije elektroničkih informacija, kineski sektor senzora uspostavio je čvrste industrijske temelje. Značajan napredak postignut je u tehnološkim inovacijama, neovisnom istraživanju i razvoju, komercijalizaciji postignuća i konkurentskim sposobnostima, čime se znatno pridonosi nacionalnom gospodarskom razvoju.
S dolaskom informacijskog doba senzori su postali primarno sredstvo za dobivanje informacija iz prirodnih i industrijskih domena za ljude. U modernoj industrijskoj proizvodnji-osobito automatizirani procesi-različiti senzori nadziru i kontroliraju ključne parametre kako bi održali opremu unutar optimalnih radnih uvjeta i osigurali kvalitetu proizvoda. Senzori zauzimaju još istaknutije mjesto u temeljnim znanstvenim istraživanjima.
Danas su senzori proželi vrlo širok raspon područja, uključujući industrijsku proizvodnju, istraživanje svemira, oceanografiju, zaštitu okoliša, istraživanja resursa, medicinsku dijagnostiku, bioinženjering, pa čak i očuvanje kulturnih relikvija. Očito je vitalna uloga senzorske tehnologije u gospodarskom razvoju i društvenom napretku neporeciva. Statistike pokazuju da se predviđa da će godišnji prihod globalnog tržišta pametnih senzora rasti po stopi od 10% godišnje. Trenutno postoji 65 milijuna senzorskih uređaja s instaliranim procesorima diljem svijeta, a predviđa se da će brojka dosegnuti 2,8 trilijuna do 2019. godine.
Ključna razmatranja za odabir senzora
Poznavanje senzora predstavlja značajnu granu elektrotehnike koja zahtijeva veliko iskustvo za svladavanje. To ćemo dodatno istražiti u budućim raspravama. Danas se prvenstveno fokusiramo na kriterije odabira.
1. Odredite vrstu na temelju mjernog objekta i izlaznih zahtjeva
Za izvođenje određenog zadatka mjerenja, prvo što treba razmotriti je odabir odgovarajućeg principa senzora. Ova odluka zahtijeva analizu više faktora. Na primjer, mjerači protoka uključuju elektromagnetske, vrtložne i ultrazvučne vrste. Odabir odgovarajućeg mjerača protoka zahtijeva ciljanje na specifične ciljeve. Osim toga, razmotrite potrebni izlazni način-kao što su 2-žilni ili 4-žilni strujni signali (0-20mA, 4-20mA), 0-10V naponski signali ili komunikacijski protokoli.
2. Odabir na temelju osjetljivosti
Tipično, unutar linearnog raspona senzora, poželjna je veća osjetljivost. Samo s visokom osjetljivošću izlazni signal značajno odgovara promjenama mjerene veličine, olakšavajući obradu signala. Međutim, imajte na umu da visoka osjetljivost također čini senzor osjetljivim na vanjsku buku koja nije povezana s izmjerenom količinom. Ovaj šum može biti pojačan sustavom, ugrožavajući točnost mjerenja. Stoga bi sam senzor trebao imati visok omjer signala-i-šuma kako bi se minimalizirale smetnje iz vanjskih izvora.
Osjetljivost senzora je usmjerena. Prilikom mjerenja jednosmjernog vektora s visokim zahtjevima usmjerenosti, odaberite senzor s niskom osjetljivošću u drugim smjerovima. Za višedimenzionalne vektore, smanjite križnu-osjetljivost senzora.
3. Procjena karakteristika frekvencijskog odziva
Frekvencijski odziv senzora određuje mjerljivi frekvencijski raspon, koji mora ostati-bez izobličenja unutar dopuštenih granica. U praksi, odziv senzora uvijek pokazuje određeno kašnjenje, idealno minimizirano. Viši frekvencijski odziv omogućuje šire mjerljive frekvencije signala. Za dinamička mjerenja karakteristike odziva moraju biti usklađene sa svojstvima signala (stacionarno-stanje, prolazno, slučajno itd.) kako bi se spriječile prekomjerne pogreške.
4. Na temelju stabilnosti senzora
Sposobnost senzora da održi dosljednu izvedbu tijekom vremena naziva se stabilnošću. Čimbenici koji utječu na-dugoročnu stabilnost uključuju ne samo unutarnju strukturu senzora, već prvenstveno njegovo radno okruženje. Stoga, kako bi se osigurala dobra stabilnost, senzori moraju imati snažnu prilagodljivost okolišu. Prije odabira senzora, istražite njegovo predviđeno radno okruženje. Odaberite odgovarajući senzor na temelju specifičnih uvjeta ili primijenite mjere za smanjenje utjecaja na okoliš.
5. Domet i točnost: Najizazovniji par za balansiranje
Točnost je kritična metrika performansi za senzore, koja služi kao vitalna veza u određivanju ukupne mjerne preciznosti sustava. Međutim, točnost senzora ograničena je njegovim rasponom: općenito, veći raspon rezultira manjom preciznošću. Nasuprot tome, senzori visoke-točnosti često nemaju dovoljan domet, što čini senzore visoke{3}}preciznosti i velikog-dometa pretjerano skupim. Stoga je pri odabiru senzora potreban uravnotežen pristup.
Prilikom odabira senzora za uzorkovanje, osigurajte da uređaj zadovoljava temeljne radne uvjete aplikacije (pogledajte tablice s podacima proizvođača).
Šest najkritičnijih uvjeta rada uključuju:
1) Raspon temperature;
2) Specifikacije;
3) stupanj zaštite;
4) Raspon napona;
5) Diskretni ili analogni izlaz;
6) Varijacije parametara, posebno jesu li "podesivi parametri korisni".
Pri razmatranju senzora s mogućnošću konfiguracije IO-Link-a, šest dodatnih čimbenika zahtijeva pažnju:
1) Brzina odziva;
2) Domet osjetila;
3) Ponovljivost;
4) električna povezanost;
5) Vrsta montaže;
6) Vizualni prikaz: zahtijeva li aplikacija vizualni indikator na senzoru.
U modernoj industrijskoj proizvodnji, posebice automatiziranim procesima, različiti senzori prate i kontroliraju parametre tijekom cijele proizvodnje. To osigurava da oprema radi normalno ili optimalno uz postizanje najviše kvalitete proizvoda. Stoga, bez široke lepeze visoko-kvalitetnih senzora, moderna proizvodnja ne bi imala temelj. Sljedeće pojedinosti o nekoliko najčešćih vrsta senzora u proizvodnji, zajedno sa savjetima za primjenu i uvidima.
Najčešći tipovi senzora
Senzori blizine
Senzori blizine otkrivaju prisutnost objekata u blizini bez fizičkog kontakta. Ovi senzori su diskretni izlazni uređaji. Tipično, magnetski senzori blizine detektiraju je li aktuator dosegao određeni položaj tako što detektiraju magnet koji se nalazi unutar aktuatora.
Kupnja aktuatora od jedne tvrtke i magnetskog senzora blizine od druge općenito nije preporučljiva. Dok proizvođači senzora mogu tvrditi da su kompatibilni s aktuatorima X, Y i Z, varijacije u magnetima i položajima ugradnje mogu dovesti do problema s senzorima. Na primjer, senzor se može aktivirati kada je magnet pogrešno poravnat ili se uopće ne uspije aktivirati. Ako proizvođač aktuatora nudi odgovarajući senzor blizine, on bi trebao biti preferirani izbor.
Senzori blizine-temeljeni na tranzistoru nemaju pokretnih dijelova i nude produljeni radni vijek. Reed-senzori blizine koriste mehaničke kontakte, što rezultira kraćim vijekom trajanja, ali nižim troškovima u usporedbi s tipovima tranzistora. Reed senzori su najprikladniji za aplikacije koje zahtijevaju izmjeničnu struju i okruženja visoke-temperature.
Senzori položaja
Senzori položaja imaju analogne izlaze koji pokazuju položaj aktuatora na temelju položaja magneta na aktuatoru. Iz perspektive kontrole, senzori položaja nude značajnu fleksibilnost. Kontrolni inženjeri mogu definirati niz zadanih vrijednosti kako bi odgovarale varijacijama komponenti.
Budući da se ti senzori položaja oslanjaju na magnete (poput senzora blizine), preporučljivo je nabaviti i senzore i aktuatore od istog proizvođača kad god je to moguće. IO-Funkcija veze omogućuje prikupljanje podataka sa senzora položaja, pojednostavljujući kontrolu i olakšavajući parametriranje.
Induktivni senzori
Induktivni senzori blizine koriste Faradayev zakon indukcije za otkrivanje prisutnosti objekta ili simulaciju izlaza položaja. Najkritičniji čimbenik pri odabiru induktivnih senzora je određivanje vrste metala koji senzor otkriva, čime se utvrđuje udaljenost senzora. U usporedbi s željeznim metalima, obojeni metali smanjuju domet osjetila za više od 50%. Priručnici za proizvode proizvođača senzora trebali bi pružiti informacije potrebne za odabir uzorka.
Senzori tlaka i vakuuma
Osigurajte da senzori tlaka ili vakuuma zadovoljavaju mjerne raspone u imperijalnim (psi) i metričkim (bar) jedinicama. Navedite najprikladniji faktor oblika za dodijeljeni prostor. Tijekom instalacije opreme, razmislite o tome trebaju li senzori uključivati svjetla indikatora ili zaslone radi praktičnosti operatera. Za brze prilagodbe postavki razmislite o senzorima tlaka i vakuuma opremljenim IO-Linkom.
Senzori protoka
Slično senzorima tlaka i vakuuma, senzori protoka mogu se odabrati na temelju raspona protoka, veličine i varijabilnosti zadanih vrijednosti. Mogućnosti prikaza mogu se odrediti prilikom naručivanja senzora. Senzori protoka s relativno niskim brzinama protoka mogu se odabrati za određene zone ili cijelu primjenu opreme.
Optički senzori
Najčešći optički senzori su fotoelektrični raspršeni, reflektirajući i tipovi-prolazne zrake. Laserski senzori i senzorski uređaji od optičkih vlakana također spadaju u kategorije optičkih senzora.
Većina fotoelektričnih senzora otkriva objekte reflektirajući svjetlost ili prekidajući zraku. Zbog svoje niske cijene, svestranosti i visoke pouzdanosti, ovi senzori su među najčešće korištenim u proizvodnji. Difuzni-reflektirajući fotoelektrični senzori ne zahtijevaju reflektor. Nude izvrsne cijene-izvedbe za otkrivanje prisutnosti objekata u blizini.
Fotoelektrični senzori-zrake nude najduži raspon senzora. Ovi senzori instaliraju jedinice odašiljača i prijemnika na dvije odvojene točke. Sigurnosni senzori za garažna vrata primjeri su senzora snopa. Kada je zraka prekinuta, to ukazuje na prisutnost mete. Fotoelektrični senzor-tipa proreza je zanimljiva varijanta-zrake; integrira odašiljač i prijemnik u jednu kompaktnu jedinicu. Svjetlosni senzori -tipa utora koriste se za otkrivanje prisutnosti ili odsutnosti malih komponenti.
Reflektivni fotoelektrični senzori imaju senzor i reflektor za srednje-otkrivanje prisutnosti. Što se tiče preciznosti i cijene, ovi senzori spadaju između difuznih i-prolaznih zraka.
Senzori od optičkih vlakana koriste se za mjerenje prisutnosti i udaljenosti. Parametri na ovim svestranim senzorima mogu se prilagoditi za otkrivanje različitih boja, pozadina i raspona udaljenosti.
Laserski senzori mogu se koristiti za-otkrivanje prisutnosti dugog dometa i nude najveću preciznost u aplikacijama mjerenja kratkog{1}}dometa.
Vision senzori prikladni su za čitanje crtičnog koda, brojanje, provjeru oblika i slične zadatke. Predstavljaju tro-učinkovito rješenje za aplikacije vida gdje bi sustavi kamera bili pretjerano skupi ili složeni. Vision senzori čitaju crtične kodove, prate pojedinačne komponente i izvršavaju procese prilagođene tim komponentama. Senzori mogu provjeriti broj značajki prisutnih na dijelu. Vizualni senzori mogu odrediti je li postignuta određena krivulja ili drugi oblik. Budući da ovi senzori obrađuju svjetlost, njihovo testiranje u uvjetima što bližim stvarnom radnom okruženju-što se tiče ambijentalnog svjetla i refleksije pozadine-od ključne je važnosti. U većini primjena preporuča se postavljanje senzora za vid unutar kućišta kako bi se izolirali od vanjskih izvora svjetlosti. Traženje pomoći od proizvođača senzora vida tijekom testiranja senzora je dobra ideja. Osim toga, ne zaboravite osigurati odabir odgovarajuće sabirnice polja.
Pretvarači signala pretvaraju analogni izlazni signal iz senzora u digitalni signal na pretvorniku. Druga je mogućnost pretvorba u podatke procesa IO-Link.
Ostali senzori
1. Magnetski prekidač:Ovo je specijalizirani izraz za senzor cilindra, koji se prvenstveno koristi za otkrivanje položaja klipa cilindra. Tipično, dobavljači cilindara daju ove senzore prilagođene scenarijima korištenja kupaca. Kao što naziv implicira, magnetski prekidači detektiraju mete putem elektromagnetske indukcije, što rezultira relativno niskom preciznošću detekcije.
2. Prekidači blizine:Dizajnirani na temelju načela elektromagnetske indukcije, prekidači za blizinu mogu detektirati samo metalne mete, s malim varijacijama u udaljenosti osjetila ovisno o vrsti metala. Uobičajeni rasponi detekcije za prekidače blizine uključuju: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm, itd. Prekidači blizine općenito dolaze u dvije vrste: ugradbeni-i ne-ugradbeni-. Prekidač-za ugradnju znači da senzorska glava ne detektira metalne mete oko svog opsega, već samo detektira mete neposredno ispred sebe. Drugim riječima, senzorska glava ne mora stršati izvan metalnog montažnog nosača. Ne{14}}u-postavljeni tipovi otkrivaju i prednje-okrenute i obodne metalne mete. Ovdje glava senzora mora stršati iz metalnog montažnog nosača, a metalni predmeti ne smiju biti prisutni unutar određenog obodnog raspona kako bi se spriječilo lažno otkrivanje. Prekidači blizine nude veću točnost detekcije od magnetskih prekidača. Obično se koriste u aplikacijama koje zahtijevaju relativno nisku pozicionu preciznost, kao što je provjera prisutnosti proizvoda ili pozicioniranje učvršćenja.
3. Fotoelektrični prekidači:Fotoelektrična detekcija nudi prednosti poput visoke preciznosti, brzog odziva i bes{0}}kontaktnog rada. Može mjeriti više parametara, ima jednostavne strukture senzora i nudi fleksibilne konfiguracije. Posljedično, fotoelektrični senzori imaju široku primjenu u sustavima detekcije i upravljanja. Uobičajene vrste uključuju: reflektirajuće fotoelektrične senzore, fotoelektrične senzore s-zrakom i senzore koji koriste reflektirajuće ploče za reflektiranje svjetlosnih zraka. Potonje dvije vrste detektiraju blokiranjem svjetlosti s ciljnog objekta, dok prve otkrivaju osjetivši svjetlost reflektiranu od mete. Posljedično, posljednja dva obično nude dulje domete detekcije i veću preciznost. Zbog svoje visoke točnosti detekcije, fotoelektrični senzori se obično koriste za precizno pozicioniranje proizvoda ili robotskih izradaka, kao i u sustavima povratne sprege za koračne i servo mehanizme.
4. Senzori optičkih vlakana:Senzori od optičkih vlakana druga su vrsta detekcijskih elemenata koji koriste pretvorbu fotoelektričnog signala. U usporedbi s fotoelektričnim prekidačima, oni obično mogu otkriti manje objekte, raditi na većim udaljenostima i ponuditi veću preciznost. Posljedično, optički senzori se obično koriste u aplikacijama koje zahtijevaju veću točnost i kao povratni uređaji za pozicioniranje u koračnim i servo sustavima.
5. Fotoelektrični senzori:Fotoelektrični senzori također koriste fotoelektrične signale. S velikim područjem detekcije često se nazivaju senzorima područja. Njihova primarna primjena leži u međusobnom blokiranju i sigurnosnim funkcijama između opreme, posebice u sustavima zaštite ljudi.
6. Termoparovi:Termoparovi se prvenstveno koriste za otkrivanje temperature okoline u njihovoj okolini.
7. Laserski skeneri:Laserski skeneri prvenstveno služe za precizno mjerenje dimenzionalnih kontura ciljanih objekata.
8. Industrijske kamere:U inženjerstvu poznate i kao CCD (Charge{0}}coupled Device) kamere, industrijske kamere uglavnom se koriste za otkrivanje oblika i položaja ciljanih objekata. Uz napredak u CCD tehnologiji, industrijske kamere visoke-razlučivosti sada su primjenjive u poljima preciznih mjerenja.
9. Koder:Na temelju načela rada, koderi se kategoriziraju u inkrementalne i apsolutne tipove. Inkrementalni koderi pretvaraju pomak u periodične električne signale, koji se zatim pretvaraju u impulse brojanja. Veličina pomaka je predstavljena brojem impulsa. Svaki položaj na apsolutnom koderu odgovara jedinstvenom digitalnom kodu. Stoga njegova prikazana vrijednost ovisi isključivo o početnoj i završnoj poziciji mjerenja, a ne o međuprocesu. Enkoderi su obično upareni s koračnim motorima ili servo motorima kako bi formirali upravljačke sustave zatvorene-petlje ili polu{6}}zatvorene-petlje.
10. Mikro prekidač:Mikroprekidač je senzor kontaktnog-tipa koji se prvenstveno koristi za međusobno povezivanje opreme ili otkrivanje statusa sigurnosnih zaštitnih vrata na strojevima.