SENSORY. Aktywne np. rezystancyjne Pasywne np. elektromagnetyczne

Transkrypt

1 1 SENSORY Aktywne np. rezystancyjne Pasywne np. elektromagnetyczne

2 2 1. A. Gajek, Z. Juda: Czujniki. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, Literatura 2. D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002.

3 3 Plan wykładu 1. Czujniki indukcyjne 2. Czujniki hallotronowe 3. Czujniki potencjometryczne 4. Czujniki termistorowe 5. Czujniki termoelektryczne (termopary) 6. Czujniki masowego natężenia przepływu (termoanemometry) 7. Czujniki tensometryczne 8. Czujniki pojemnościowe 9. Czujniki piezoelektryczne 10. Czujniki radarowe i lidarowe 11. Czujniki ultradźwiękowe 12. Czujniki fotoelektryczne (optyczne) 13. Czujniki elektrolityczno-rezystancyjne 14. Inne czujniki

4 Czujniki indukcyjne 4

5 Reluktacyjny czujnik prędkości obrotowej 5

6 Przebiegi sygnałów pomiarowych czujnika indukcyjnego w zależności od budowy współpracującego z nim koła impulsowego 6

7 Indukcyjny czujnik prędkości obrotowej i położenia wału korbowego 7

8 Indukcyjny czujnik prędkości obrotowej koła samochodu (układ ABS) z rdzeniem o zakończeniu płetwowym (a) i zaokrąglonym (b): 8

9 9 Indukcyjne sensory położenia z rdzeniem ferrytowym Indukcyjny sensor położenia z układem przetwarzania

10 10 Indukcyjne sensory położenia z rdzeniem ferrytowym Demodulacja przez prostowanie

11 11 Indukcyjne sensory położenia Bezstykowy indukcyjny sensor położenia

12 Sensor o zmiennej indukcyjności własnej FLDT (Fast Linear Displacement Transducer) 12

13 Sensor o zmiennej indukcyjności wzajemnej - transformatorowy LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) 13

14 Sensor o zmiennej indukcyjności wzajemnej - transformatorowy Transformator różnicowy z uproszczonym układem pomiarowym 14

15 Czujniki hallotronowe efekt Hall a 15

16 16 Czujniki hallotronowe Hallotronowy czujnik wbudowany w aparat zapłonowy

17 17 Czujniki hallotronowe Hallotronowy czujnik prędkości obrotowej w układzie ABS

18 Czujniki hallotronowe 18

19 Czujniki potencjometryczne 19

20 Objętościowy przepływomierz powietrza z potencjometrem przekrój (a) 20

21 Objętościowy przepływomierz powietrza z potencjometrem 21

22 22 Sensory potencjometryczne stykowe Potencjometr liniowy

23 23 Sensory potencjometryczne stykowe Potencjometr obrotowy

24 24 Sensory potencjometryczne stykowe Potencjometr jako dzielnik napięcia

25 25 Sensory potencjometryczne bezstykowe Potencjometr magnetorezystancyjny

26 26 Sensory potencjometryczne bezstykowe Potencjometr magnetorezystancyjny

27 Czujniki termistorowe przetwarzanie charakterystyki: napięciowe przez wymuszenie prądem zasilającym 27

28 Czujniki termistorowe 28

29 Rezystancyjno-temperaturowy termistor typu CTR o skokowej zmianie rezystancji 29

30 Termometr oporowy 30

31 Półprzewodnikowy sensor temperatury 31

32 32 Czujniki termoelektryczne (termopary) Zjawisko Peltiera Zjawisko Seebeka

33 Charakterystyki termopar 33

34 Termopara igłowa Fe/CuNi firmy Czaki z przewodami kompensacyjnymi i elementem mocującym 34

35 Siły termoelektryczne 35

36 Termometr płaszczowy 36

37 Czujniki masowego natężenia przepływu (termoanemometry) Termoanemometr z gorącym drutem 37

38 Czujniki masowego natężenia przepływu (termoanemometry) Termoanemometr kalorymetryczny 38

39 Zasada pomiaru natężenia przepływu przy użyciu termoanemometrów: 39

40 Przepływomierz powietrza z termoanemometrem drutowym 40

41 Przepływomierz powietrza z termoanemometrem drutowym 41

42 Przepływomierz powietrza z termoanemometrem warstwowym 42

43 Przepływomierz powietrza z termoanemometrem warstwowym rozpoznającym kierunek przepływu (np. typu HFM5) 43

44 Czujniki tensometryczne 44

45 Tensometry, pomocne wzory 45

46 Tensometry, przykład 46

47 Układy mostkowe do pomiarów tensometrycznych 47

48 Tensometryczne sensory do pomiaru ciśnienia (np. czujnik wysokiego ciśnienia w układzie Common Rail) 48

49 Tensometryczne sensory do pomiaru ciśnienia (np. czujnik wysokiego ciśnienia w układzie Common Rail) 49

50 Tensometryczne sensory do pomiaru ciśnienia 50

51 Wagi tensometryczne i tensometryczne sensory sił 51

52 Tensometryczne sensory do pomiaru momentu obrotowego 52

53 Tensometryczne czujniki siły nacisku 53

54 Tensometryczne czujniki siły nacisku (tablica tensometryczna) 54

55 Czujniki pojemnościowe 55

56 Pojemnościowy czujnik ciśnienia 56

57 Mikromechaniczny czujnik przyspieszenia 57

58 Pojemnościowy czujnik wilgotności powietrza 58

59 Pojemnościowy czujnik pochylenia pojazdu 59

60 Pojemnościowy sensor położenia 60

61 Czujniki piezoelektryczne 61

62 Czujniki piezoelektryczne 62

63 Sensory przyspieszenia 63

64 Piezoelektryczne czujniki drgań (czujnik spalania stukowego) 64

65 Piezoelektryczne sensory do pomiaru ciśnienia bezwzględnego (MAP sensor) 65

66 Piezoelektryczne sensory do pomiaru ciśnienia bezwzględnego (MAP sensor) 66

67 Piezoelektryczny mikromechaniczny czujnik prędkości kątowej (np. układ ESP) 67

68 68 Efekt Dopplera Efekt Dopplera jest falowym zjawiskiem fizycznym, które występuje wszędzie tam gdzie odbywa się ruch względny nadajnika (źródła fali) i odbiornika. Polega na zależności częstotliwości fal odbieranych przez odbiornik od prędkości źródła fal i odbiornika względem ośrodka, w którym rozchodzi się fala. Jeżeli źródło fal, drgające z częstotliwością 0 porusza się względem ośrodka z prędkością U 0, a obserwator z U 1, to częstotliwość 1 odbierana przez obserwatora wyraża się wzorem: 1 0 U 1 c U 1 c 1 0 cos 1 cos 0 gdzie: c prędkość fal w ośrodku nieruchomym, 0, 1 kąty utworzone przez wektory U 0 i U 1 z wektorem R, łączącym odbiornik i źródło fal

69 Efekt Dopplera 69

70 Radarowe sensory prędkości 70

71 Radarowe sensory prędkości 71

72 Efekt Dopplera Głowica radaru Dopplera do pomiarów prędkości jazdy samochodu 72

73 Układ adaptacyjnej regulacji prędkości jazdy ACC (Adaptive Cruise Control) - radarowy 73

74 Układ adaptacyjnej regulacji prędkości jazdy ACC (Adaptive Cruise Control) lidarowy ( radar laserowy ) 74

75 75 Mechanizm i powstawania i rozchodzenia się ultradźwięków jest oparty na tych samych prawach fizyki co dla fal w innym zakresie częstotliwości. Fale ultradźwiękowe mogą rozchodzić się w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych. Wykazują podobne właściwości jak fale świetlne: - uginają się wokół przeszkód znajdujących się na drodze, - załamują się i odbijają na granicy dwóch ośrodków, - można je skupiać pod postacią wąskich wiązek. Czujniki ultradźwiękowe wykorzystują efekt piezoelektryczny który jest efektem odwracalnym ten sam element przetwornika daje się zastosować zarówno do wysyłania, jak i do odbierania impulsów. widmo fal dźwiękowych

76 Zastosowania ultradźwięków Ultradźwięki dzięki małej długości fali pozwalają na uzyskanie dokładnych obrazów przedmiotów. Urządzenie, które umożliwia obserwację głębin morskich to sonar. Jego zastosowanie to lokalizacja wszystkich obiektów zanurzonych w wodzie. Sonary wykorzystywano w okrętach podwodnych. Ultradźwięki znajdują także zastosowanie w medycynie. Za pomocą urządzenia generującego i rejestrującego fale ultradźwiękowe (ultrasonograf) można uzyskać obraz narządów wewnętrznych. Ultradźwięki pozwalają też na pomiar odległości przy pomocy dalmierza ultradźwiękowego. Jeżeli wykorzysta się silne źródło ultradźwięków, to mogą one niszczyć, rozgrzewać niektóre materiały, co pozwala na obróbkę powierzchniową wytwarzanych przedmiotów (obróbka ultradźwiękowa).

77 77 Schemat czujnika ultradźwiękowego i układu przetwarzania sygnału A impuls nadawczy B impuls odbiorczy, odbity od przeszkody Znając częstotliwość f i długość fali można obliczyć prędkość sygnału w danym ośrodku: v Mierząc czas od momentu wysyłania sygnału do odebrania echa można obliczyć odległość czujnika od przeszkody: v t f t s 2 2 f

78 78 Ultradźwiękowy czujnik ułatwiający parkowanie 1- korpus, 2 przepona drgająca, 3 przyłącze wodoszczelne, 4 otwór kompensacyjny, 5 układ kompensacyjny, 6 odprzężenie akustyczne, 7 element piezoelektryczny Sygnał wytwarzany i odbierany przez układ ułatwiający parkowanie

79 Układ czujników ultradźwiękowych do rozpoznawania położenia pasażera na fotelu przednim samochodu, stosowany w inteligentnych systemach poduszek powietrznych. 1 czujniki ultradźwiękowe, 2 czujniki położenia i obciążenia fotela, 3 czujnik zapięcia pasów bezpieczeństwa, 4 poduszka powietrzna pasażera, 5 poduszka powietrzna kierowcy, 6 - sterownik 79

80 80 Ultradźwiękowe sensory prędkości przepływu Przepływomierz ultradźwiękowy z dwoma odbiornikami (a) i z pojedynczym odbiornikiem (b)

81 Układ monitorujący wiele pasów ruchu. Typowe konfiguracje montażu sensorów ultradźwiękowych (Microwave Sensors, Ann Arbor, MI)

82 Ultradźwiękowy sensor położenia 82

83 Czujniki fotoelektryczne (optyczne) 83

84 Fotorezystor 84

85 Fotodiody półprzewodnikowe 85

86 Fototranzystory 86

87 Dioda elektroluminescencyjna (LED) 87

88 Dioda elektroluminescencyjna (LED) 88

89 89 Światłowód jednomodowy Światłowód wielomodowy Światłowód jednomodowy o płynnej zmianie współczynnika załamania światła

90 Czujnik prędkości obrotowej i położenia kątowego (enkoder optoelektroniczny) 90

91 Enkoder optyczny z wykrywaniem kierunku obrotu 91

92 Czujnik deszczu 92

93 Bezdotykowe sensory zbliżeniowe Optyczny sensor zbliżeniowy 93

94 Optyczny sensor zbliżeniowy Przykłady zastosowań 94

95 Optyczny sensor położenia z fotoelementem PSD (Position Sensitive Device) 95

96 96 Czujniki rezystancyjne Pomiar siły elektromotorycznej (SEM)

97 Czujnik z elektrolitem stałym i pomiarem SEM ogniwa 97

98 Rezystancyjna sonda lambda (tytanowa) 98

99 Napięciowa dwustanowa sonda lambda (cyrkonowa) 99

100 Napięciowa dwustanowa sonda lambda (cyrkonowa) 100

101 Napięciowa dwustanowa sonda lambda (cyrkonowa) zmiana czasów reakcji sondy w okresie eksploatacji silnika 101

102 Planarna (płaska) sonda lambda (cyrkonowa) 102

103 Szerokopasmowa sonda lambda 103

104 Szerokopasmowa sonda lambda 104

105 Szerokopasmowa sonda lambda z czujnikiem tlenków azotu 105

106 Czujnik jakości powietrza w układzie przewietrzania pojazdu 106

107 107 Czujnik wilgotności Wilgotność bezwzględna Wilgotność względna RH (Relative Humidity)

108 Czujnik wilgotności 108

109 109 Czujnik zawodnienia płynu hamulcowego (pomiar spadku napięcia Napięcie przemienne Prąd stały

110 Sensory binarne Histereza przełączania 110

111 Sensor taktylny 111

112 Bezdotykowe sensory zbliżeniowe Indukcyjny sensor zbliżeniowy lub sensor pojemnościowy 112

113 Binarny sensor temperatury 113

114 Sensory cyfrowe Inkrementalny sensor położenia liniowego 114

115 Przebiegi sygnałów w inkrementalnych sensorach położenia 115

116 Inkrementalny, optyczny sensor położenia kątowego 116

117 Magnetyczny sensor inkrementalny 117

118 Liniały i tarcze kodowe sensorów absolutnych Liniał z podziałką w kodzie binarnym 118

119 Liniały i tarcze kodowe sensorów absolutnych Układ odczytu metodą V 119

120 Liniały i tarcze kodowe sensorów absolutnych Liniał z kodem Graya 120

121 Liniały i tarcze kodowe sensorów absolutnych Liniał kodowy 121

122 Sensory położenia kątowego z obrotowymi tarczami kodowymi Tarcza kodowa 122

123 Sensory położenia kątowego z obrotowymi tarczami kodowymi Sterowanie cyklem przesyłania informacji 123

124 Koder wielotarczowy do pomiaru kąta w zakresie 100 obrotów po 1000 wartości kątowych na jeden obrót 124

125 Pomiary grubości za pomocą sensorów promieniowania radioaktywnego 125