Klassifizierung von Sensoren und deren Zweck

2024 Autor: Aaron Duncan | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 03:38

Sensoren sind komplexe Geräte, die häufig verwendet werden, um elektrische oder optische Signale zu erkennen und darauf zu reagieren. Das Gerät wandelt eine physikalische Größe (Temperatur, Blutdruck, Feuchtigkeit, Geschwindigkeit) in ein vom Gerät messbares Signal um.

Die Klassifizierung der Sensoren kann in diesem Fall anders sein. Es gibt einige grundlegende Parameter für die Verteilung von Messgeräten, auf die weiter eingegangen wird. Grundsätzlich ist diese Trennung auf die Wirkung verschiedener Kräfte zurückzuführen.

Am Beispiel der Temperaturmessung lässt sich das leicht erklären. Quecksilber in einem Glasthermometer dehnt und komprimiert die Flüssigkeit, um die gemessene Temperatur umzuwandeln, die von einem Beobachter an einem kalibrierten Glasröhrchen abgelesen werden kann.

Auswahlkriterien

Bei der Klassifizierung eines Sensors sind bestimmte Merkmale zu beachten. Sie sind unten aufgeführt:

1. Genauigkeit.
2. Umgebungsbedingungen - normalerweise haben Sensoren Einschränkungen in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
3. Bereich - GrenzeSensormessungen.
4. Kalibrierung - für die meisten Messgeräte erforderlich, da sich die Messwerte im Laufe der Zeit ändern.
5. Kosten.
6. Wiederholbarkeit - Variable Messwerte werden wiederholt in derselben Umgebung gemessen.

Verteilung nach Kategorie

Sensorklassifikationen werden in folgende Kategorien unterteilt:

1. Anzahl der primären Eingangsparameter.
2. Transduktionsprinzipien (durch physikalische und chemische Effekte).
3. Material und Technik.
4. Ziel.

Das Prinzip der Transduktion ist ein grundlegendes Kriterium für eine effektive Informationsbeschaffung. Typischerweise werden logistische Kriterien vom Entwicklungsteam ausgewählt.

Klassifizierung von Sensoren nach Eigenschaften verteilt sich wie folgt:

1. Temperatur: Thermistoren, Thermoelemente, Widerstandsthermometer, Mikrosch altkreise.
2. Druck: Glasfaser, Vakuum, flexible Flüssigkeitsmessgeräte, LVDT, elektronisch.
3. Strömung: elektromagnetisch, Differenzdruck, Positionsverschiebung, thermische Masse.
4. Füllstandsensoren: Differenzdruck, Ultraschall-Radiofrequenz, Radar, thermische Verschiebung.
5. Nähe und Verschiebung: LVDT, Photovoltaik, kapazitiv, magnetisch, Ultraschall.
6. Biosensoren: Resonanzspiegel, elektrochemisch, Oberflächenplasmonresonanz, lichtadressierbare Potentiometer.
7. Bild: CCD, CMOS.
8. Gas und Chemie: Halbleiter, Infrarot, Leitung, Elektrochemie.
9. Beschleunigung: Gyroskope, Beschleunigungsmesser.
10. Andere: Feuchtigkeitssensor, Geschwindigkeitssensor, Masse, Neigungssensor, Kraft, Viskosität.

Dies ist eine große Gruppe von Unterabschnitten. Es ist bemerkenswert, dass mit der Entdeckung neuer Technologien die Abschnitte ständig aufgefüllt werden.

Zuordnung der Sensorklassifizierung nach Gebrauchsrichtung:

1. Steuerung, Messung und Automatisierung des Produktionsprozesses.
2. Nicht-industrielle Nutzung: Luftfahrt, medizinische Geräte, Automobile, Unterh altungselektronik.

Sensoren können nach Leistungsbedarf klassifiziert werden:

1. Aktiver Sensor - Geräte, die Strom benötigen. Zum Beispiel LiDAR (Lichterkennung und Entfernungsmesser), photoleitfähige Zelle.
2. Passiver Sensor - Sensoren, die keinen Strom benötigen. Zum Beispiel Radiometer, Filmfotografie.

Diese beiden Abschnitte beinh alten alle der Wissenschaft bekannten Geräte.

In aktuellen Anwendungen kann die Zuordnung der Sensorklassifikation wie folgt gruppiert werden:

1. Beschleunigungsmesser - basierend auf mikroelektromechanischer Sensortechnologie. Sie werden verwendet, um Patienten zu überwachen, die Herzschrittmacher einsch alten. und Fahrdynamik.
2. Biosensoren - basierend auf elektrochemischer Technologie. Wird verwendet, um Lebensmittel, medizinische Geräte und Wasser zu testen und gefährliche biologische Krankheitserreger zu erkennen.
3. Bildsensoren - basierend auf CMOS-Technologie. Sie werden in der Unterh altungselektronik, Biometrie, Verkehrsüberwachung eingesetztDatenverkehr und Sicherheit sowie Computerbilder.
4. Bewegungsmelder - basierend auf Infrarot-, Ultraschall- und Mikrowellen-/Radartechnologien. Wird in Videospielen und Simulationen, Lichtaktivierung und Sicherheitserkennung verwendet.

Sensortypen

Es gibt auch eine Hauptgruppe. Es ist in sechs Hauptbereiche unterteilt:

1. Temperatur.
2. Infrarot.
3. Ultraviolett.
4. Sensor.
5. Annäherung, Bewegung.
6. Ultraschall.

Jede Gruppe kann Unterabschnitte enth alten, wenn die Technologie auch nur teilweise als Teil eines bestimmten Geräts verwendet wird.

1. Temperatursensoren

Das ist eine der Hauptgruppen. Die Klassifikation der Temperatursensoren vereint alle Geräte, die in der Lage sind, Parameter basierend auf der Erwärmung oder Abkühlung einer bestimmten Art von Stoff oder Material auszuwerten.

Dieses Gerät sammelt Temperaturinformationen von einer Quelle und wandelt sie in eine Form um, die andere Geräte oder Personen verstehen können. Das beste Beispiel für einen Temperatursensor ist Quecksilber in einem Glasthermometer. Quecksilber in Glas dehnt sich bei Temperaturänderungen aus und zieht sich zusammen. Die Außentemperatur ist das Ausgangselement für die Messung des Indikators. Die Position des Quecksilbers wird vom Betrachter beobachtet, um den Parameter zu messen. Es gibt zwei Haupttypen von Temperatursensoren:

1. Kontaktsensoren. Diese Art von Gerät erfordert direkten physischen Kontakt mit dem Objekt oder Träger. Sie haben die KontrolleTemperatur von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen über einen weiten Temperaturbereich.
2. Näherungssensoren. Dieser Sensortyp erfordert keinen physischen Kontakt mit dem Messobjekt oder Medium. Sie kontrollieren nicht reflektierende Feststoffe und Flüssigkeiten, sind aber aufgrund ihrer natürlichen Transparenz für Gase unbrauchbar. Diese Instrumente verwenden das Plancksche Gesetz zur Temperaturmessung. Dieses Gesetz betrifft die Wärme, die von der Quelle zur Messung des Benchmarks abgegeben wird.

Mit verschiedenen Geräten arbeiten

Das Funktionsprinzip und die Klassifizierung von Temperatursensoren sind in die Verwendung der Technologie in anderen Arten von Geräten unterteilt. Das können Armaturenbretter in einem Auto und Sonderanfertigungen in einer Industriehalle sein.

1. Thermoelement - Module bestehen aus zwei Drähten (jeweils - aus unterschiedlichen homogenen Legierungen oder Metallen), die durch Verbinden an einem Ende einen Messübergang bilden. Diese Messeinheit ist offen für die untersuchten Elemente. Das andere Ende des Drahtes endet mit einem Messgerät, wo eine Vergleichsstelle gebildet wird. Strom fließt durch den Stromkreis, da die Temperaturen der beiden Verbindungsstellen unterschiedlich sind. Die resultierende Millivolt-Spannung wird gemessen, um die Temperatur an der Verbindungsstelle zu bestimmen.
2. Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs) sind Arten von Thermistoren, die den elektrischen Widerstand bei Temperaturänderungen messen. Sie sind teurer als alle anderen Temperaturerfassungsgeräte.
3. Thermistoren. Sie sind eine andere Art von thermischen Widerständen, bei denen ein großerWiderstandsänderung ist proportional zu einer kleinen Temperaturänderung.

2. IR-Sensor

Dieses Gerät sendet oder erkennt Infrarotstrahlung, um eine bestimmte Phase in der Umgebung zu erkennen. Wärmestrahlung wird in der Regel von allen Objekten im infraroten Spektrum abgegeben. Dieser Sensor erkennt die Art der Quelle, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.

Die Grundidee besteht darin, Infrarot-LEDs zu verwenden, um Lichtwellen auf ein Objekt zu übertragen. Eine andere IR-Diode des gleichen Typs sollte verwendet werden, um die vom Objekt reflektierte Welle zu detektieren.

Funktionsprinzip

Einteilung von Sensoren im Automatisierungssystem in diese Richtung ist üblich. Dies liegt daran, dass die Technologie es ermöglicht, zusätzliche Tools zur Bewertung externer Parameter zu verwenden. Wenn ein Infrarotempfänger Infrarotlicht ausgesetzt wird, entwickelt sich eine Spannungsdifferenz zwischen den Drähten. Die elektrischen Eigenschaften der IR-Sensorkomponenten können verwendet werden, um die Entfernung zu einem Objekt zu messen. Wenn ein Infrarotempfänger Licht ausgesetzt wird, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen den Drähten.

Falls zutreffend:

1. Thermographie: Gemäß dem Strahlungsgesetz von Objekten ist es mit dieser Technologie möglich, die Umgebung mit oder ohne sichtbares Licht zu beobachten.
2. Erhitzen: Infrarot kann zum Kochen und Aufwärmen von Speisen verwendet werden. Sie können Eis von Flugzeugflügeln entfernen. Konverter sind in der Industrie beliebtBereichen wie Drucken, Kunststoffformen und Polymerschweißen.
3. Spektroskopie: Diese Technik wird verwendet, um Moleküle durch die Analyse konstituierender Bindungen zu identifizieren. Die Technologie verwendet Lichtstrahlung, um organische Verbindungen zu untersuchen.
4. Meteorologie: Messung der Wolkenhöhe, Berechnung der Erd- und Oberflächentemperatur möglich, wenn Wettersatelliten mit Scanning-Radiometern ausgestattet sind.
5. Photobiomodulation: zur Chemotherapie bei Krebspatienten. Darüber hinaus wird die Technologie zur Behandlung des Herpesvirus eingesetzt.
6. Klimatologie: Überwachung des Energieaustausches zwischen Atmosphäre und Erde.
7. Kommunikation: Ein Infrarotlaser liefert Licht für die Glasfaserkommunikation. Diese Emissionen werden auch für die Kurzstreckenkommunikation zwischen Mobilgeräten und Computerperipheriegeräten verwendet.

3. UV-Sensor

Diese Sensoren messen die Intensität oder Leistung der einfallenden UV-Strahlung. Eine Form elektromagnetischer Strahlung hat eine längere Wellenlänge als Röntgenstrahlen, ist aber immer noch kürzer als sichtbare Strahlung.

Ein aktives Material, das als polykristalliner Diamant bekannt ist, wird verwendet, um Ultraviolett zuverlässig zu messen. Instrumente können verschiedene Umwelteinflüsse erkennen.

Geräteauswahlkriterien:

1. Wellenlängenbereiche in Nanometern (nm), die von UV-Sensoren erkannt werden können.
2. Betriebstemperatur.
3. Genauigkeit.
4. Gewicht.
5. Bereichmacht.

Funktionsprinzip

Ein Ultraviolettsensor empfängt eine Art von Energiesignal und sendet eine andere Art von Signal. Um diese Ausgangsströme zu beobachten und aufzuzeichnen, werden sie an einen Stromzähler gesendet. Um Diagramme und Berichte zu erstellen, werden die Messwerte an einen Analog-Digital-Wandler (ADC) und dann an einen Computer mit Software übertragen.

In folgenden Geräten verwendet:

1. UV-Fotoröhren sind strahlungsempfindliche Sensoren, die die UV-Luftbehandlung, die UV-Wasserbehandlung und die Sonneneinstrahlung überwachen.
2. Lichtsensoren - messen die Intensität des einfallenden Strahls.
3. UV-Spektrum-Sensoren sind ladungsgekoppelte Bauelemente (CCDs), die in der Laborbildgebung verwendet werden.
4. UV-Lichtdetektoren.
5. Entkeimungs-UV-Detektoren.
6. Photostabilitätssensoren.

4. Berührungssensor

Dies ist eine weitere große Gruppe von Geräten. Die Klassifizierung von Drucksensoren wird verwendet, um die externen Parameter zu bewerten, die für das Auftreten zusätzlicher Merkmale unter der Einwirkung eines bestimmten Objekts oder einer bestimmten Substanz verantwortlich sind.

Der Berührungssensor verhält sich je nach Anschluss wie ein variabler Widerstand.

Berührungssensor besteht aus:

1. Ein vollständig leitfähiges Material wie Kupfer.
2. Isoliertes Zwischenmaterial wie Schaumstoff oder Kunststoff.
3. Teilweise leitfähiges Material.

Gleichzeitig gibt es keine strikte Trennung. Die Klassifizierung von Drucksensoren erfolgt durch die Auswahl eines bestimmten Sensors, der die auftretende Spannung innerhalb oder außerhalb des Untersuchungsobjekts auswertet.

Funktionsprinzip

Das teilleitfähige Material wirkt dem Stromfluss entgegen. Das Prinzip des Linearencoders besteht darin, dass der Stromfluss als entgegengesetzter betrachtet wird, wenn die Länge des Materials, durch das der Strom fließen soll, länger ist. Dadurch ändert sich der Widerstand des Materials, indem es die Position ändert, in der es mit einem vollständig leitfähigen Gegenstand in Kontakt kommt.

Die Klassifizierung von Automatisierungssensoren basiert vollständig auf dem beschriebenen Prinzip. Hier werden zusätzliche Ressourcen in Form von speziell entwickelter Software eingebunden. Typischerweise ist Software Berührungssensoren zugeordnet. Geräte können sich an die „letzte Berührung“erinnern, wenn der Sensor deaktiviert ist. Sie können die „erste Berührung“, sobald der Sensor aktiviert wird, registrieren und alle damit verbundenen Bedeutungen verstehen. Diese Aktion ähnelt dem Bewegen einer Computermaus an das andere Ende des Mauspads, um den Cursor an die andere Seite des Bildschirms zu bewegen.

5. Näherungssensor

Moderne Fahrzeuge nutzen diese Technologie zunehmend. Die Klassifizierung von elektrischen Sensoren mit Licht- und Sensormodulen wird bei Automobilherstellern immer beliebter.

Näherungssensor erkennt das Vorhandensein von Objekten, die fast ohne sindAnsprechpartner. Da es keinen Kontakt zwischen den Modulen und dem wahrgenommenen Objekt und keine mechanischen Teile gibt, haben diese Geräte eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit.

Verschiedene Arten von Näherungssensoren:

1. Induktive Näherungssensoren.
2. Kapazitive Näherungssensoren.
3. Ultraschall-Näherungssensoren.
4. Optische Sensoren.
5. Hallsensoren.

Funktionsprinzip

Der Näherungssensor sendet ein elektromagnetisches oder elektrostatisches Feld oder einen Strahl elektromagnetischer Strahlung (z. B. Infrarot) aus und wartet auf ein Antwortsignal oder Änderungen im Feld. Das erkannte Objekt wird als Ziel des Registrierungsmoduls bezeichnet.

Klassifizierung von Sensoren nach Funktionsprinzip und Zweck wird wie folgt sein:

1. Induktive Bauelemente: Am Eingang befindet sich ein Oszillator, der den Verlustwiderstand in der Nähe eines elektrisch leitfähigen Mediums ändert. Diese Geräte werden bevorzugt für Metallgegenstände verwendet.
2. Kapazitive Näherungssensoren: Diese wandeln die Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen den Detektionselektroden und Masse um. Dies tritt bei Annäherung an ein nahes Objekt mit einer Änderung der Schwingungsfrequenz auf. Um ein Objekt in der Nähe zu erkennen, wird die Oszillationsfrequenz in eine Gleichspannung umgewandelt, die mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird. Diese H alterungen werden bevorzugt für Kunststoffgegenstände verwendet.

Die Klassifizierung von Messgeräten und Sensoren ist nicht auf die obige Beschreibung und Parameter beschränkt. Mit Adventneue Arten von Messgeräten, die Gesamtgruppe nimmt zu. Zur Unterscheidung zwischen Sensoren und Wandlern wurden verschiedene Definitionen verabschiedet. Sensoren können als ein Element definiert werden, das Energie erfasst, um eine Variante derselben oder einer anderen Energieform zu erzeugen. Der Sensor wandelt den Messwert nach dem Wandlungsprinzip in das gewünschte Ausgangssignal um.

Aufgrund der empfangenen und erzeugten Signale kann das Prinzip in folgende Gruppen eingeteilt werden: elektrisch, mechanisch, thermisch, chemisch, strahlend und magnetisch.

6. Ultraschallsensoren

Der Ultraschallsensor wird verwendet, um das Vorhandensein eines Objekts zu erkennen. Dies wird erreicht, indem Ultraschallwellen vom Kopf des Geräts ausgesendet und dann das reflektierte Ultraschallsignal von dem entsprechenden Objekt empfangen werden. Dies hilft bei der Erkennung der Position, Anwesenheit und Bewegung von Objekten.

Da Ultraschallsensoren zur Erkennung eher auf Ton als auf Licht angewiesen sind, werden sie häufig in der Wasserstandsmessung, bei medizinischen Scanverfahren und in der Automobilindustrie eingesetzt. Ultraschallwellen können mit ihren reflektierenden Sensoren unsichtbare Objekte wie Transparentfolien, Glasflaschen, Plastikflaschen und Flachglas erkennen.

Funktionsprinzip

Die Klassifizierung von induktiven Sensoren richtet sich nach ihrem Einsatzbereich. Dabei ist es wichtig, die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Objekten zu berücksichtigen. Die Bewegung von Ultraschallwellen ist je nach Form und Art des Mediums unterschiedlich. Beispielsweise durchqueren Ultraschallwellen ein homogenes Medium direkt, werden reflektiert und an die Grenze zwischen verschiedenen Medien zurückgesendet. Der menschliche Körper in der Luft verursacht eine erhebliche Reflexion und kann leicht erkannt werden.

Die Technologie verwendet die folgenden Prinzipien:

1. Multireflexion. Mehrfachreflexion tritt auf, wenn Wellen mehr als einmal zwischen dem Sensor und dem Ziel reflektiert werden.
2. Grenzzone. Der minimale Sch altabstand und der maximale Sch altabstand können eingestellt werden. Dies wird als Grenzzone bezeichnet.
3. Erkennungszone. Dies ist der Abstand zwischen der Oberfläche des Sensorkopfs und dem minimalen Erkennungsabstand, der durch Einstellen des Abtastabstands erreicht wird.

Geräte, die mit dieser Technologie ausgestattet sind, können verschiedene Arten von Objekten scannen. Ultraschallquellen werden aktiv bei der Herstellung von Fahrzeugen eingesetzt.