Що таке датчики і для чого вони потрібні

У цій статті ми докладно розповімо про найпоширеніші та найпопулярніші датчики, які використовуються для збору даних на сьогоднішній день. Ви дізнаєтесь:

• що таке датчики і навіщо вони потрібні;
• який основний принцип роботи найпоширеніших типів датчиків;
• наскільки важлива якість датчиків у промисловості та науці.

Датчики, також відомі як перетворювачі, - це одна з цегли фундаменту сучасних систем збору даних. Такі системи складаються з таких базових компонентів:

• датчиків;
• перетворювачів сигналів (див. «Що таке перетворювач сигналу?»);
• аналого-цифрового перетворювача (АЦП) (див. «Що таке АЦП?»)
• та будь-якого комп'ютера з ПЗ для збору даних, що дозволяє реєструвати та аналізувати сигнали.

Навіщо потрібні датчики?

Щоб відповісти на запитання, що таке датчик, найпростіше почати з питання про те, для чого він потрібний.

Датчик - це пристрій, який виявляє зміни в навколишньому середовищі та передає сигнали про них на вихідні канали іншої системи. Датчик переводить фізичне явище в аналогову напругу (або цифровий сигнал), що вимірюється, перетворене в доступну для читання форму або передається для читання і подальшої обробки.

Одним з найвідоміших датчиків є мікрофон, що перетворює звукову енергію на електричний сигнал, який може бути посилений, переданий, записаний або відтворений повторно.

Ми використовуємо датчики у нашому повсякденному житті. Наприклад, звичайний ртутний градусник - це дуже старий вид датчика, який використовується для вимірювання температури.Принцип його роботи полягає в тому, що ртуть однаково і лінійно реагує на зміну температури, тому саме ця забарвлена ​​речовина використовується у закритій трубці.

Завдяки шкалі на трубці ми можемо визначати температуру, просто глянувши на градусник. Точність такого приладу обмежена у зв'язку з розміром і масштабом шкали, але цього достатньо, щоб він виконував свої прямі функції.

By marking the tube with temperature values, we can look at the thermometer and see what the temperature is. Висновок є деякий,що гранично обмежений до основного розміру битви, але це є достатнім для його утвореного purpose.

Звичайно, вихідні значення такого приладу відсутні (крім візуальних даних). Такий термометр, справляючись зі своїми завданнями в духовці або за вікном, не завжди корисний при зборі даних, оскільки для запису показань з нього необхідні вихідні значення, які можна оцифрувати. Саме тому були винайдені термодатчики, призначені для вимірювання температури та інших фізичних явищ, а також забезпечення вихідних значень, які можна відображати, зберігати і аналізувати.

Розглянемо найпоширеніші та найпопулярніші датчики, які використовуються в наш час.

Типи датчиків

Різні датчики призначені для вимірювання різних фізичних явищ:

• Термопари, РДТ та термістори: для вимірювання температури
• Тензодатчики: для вимірювання деформації об'єкта, наприклад тиску, натягу, ваги та ін.
• Датчики навантаження: для вимірювання ваги та навантаження
• Датчики LVDT: вивчення зміщення у відстані
• Акселерометри: для вимірювання вібрації та ударних навантажень
• Мікрофони: для реєстрації звукових хвиль
• Перетворювачі струму: для вимірювання змінного та постійного струму
• Трансформатори напруги: для вимірювання потенціалів високої напруги
• Оптичні датчики: для виявлення світла, передачі даних та заміни традиційних датчиків.
• Датчики-відеокамери: для захоплення одного безперервного двовимірного зображення
• Цифрові датчики: для підрахунку дискретних значень, лінійного та ротаційного кодування, вимірювання положення та ін.
• Датчики місцезнаходження (GPS): для запису географічних координат на основі даних GPS, ГЛОНАСС та інших супутникових систем позиціонування. Різні датчики GPS забезпечують різну точність позиціонування та багато інших

Залежно від типу датчика його вихідними електричними даними можуть бути напруга, струм, опір або інша електрична властивість, яка змінюється з часом. Деякі датчики виводять цифрові значення, саме послідовність бітів даних, наведених і неприведених до масштабу. Виходи таких аналогових датчиків зазвичай приєднані до входів перетворювачів сигналів, які ми розглянемо у наступному розділі.

Далі ми коротко висвітлимо кожен із типів датчиків, які найчастіше використовуються в наші дні.

Ознайомтеся з сучасними цифровими системами збору даних від Dewesoft, до яким можна підключити будь-які типи та будь-яку кількість датчиків для запису, зберігання, аналізу та візуалізації даних.

Термодатчики

Найпоширеніші та найпопулярніші датчики для вимірювання температури:

• термопари,
• термістори,
• резистивні датчики температури,
• а також інфрачервоні термодатчики.
• Infra-red temperature detectors

Мільйони таких датчиків використовуються щодня для вирішення різних завдань: від виведення температури двигуна на панелі приладів автомобіля до вимірювання температур при виробництві ліків. Практично у будь-якій галузі тією чи іншою мірою використовуються прилади для вимірювання температури.

Основні характеристики різних термодатчиків

Термопари

Термопара - це найпопулярніший термодатчик, що обумовлено його відносно низькою вартістю та надійністю. Принцип роботи термопари базується на ефекті Зеєбека, який демонструє, що при контакті двох різнорідних металів з кожного кінця та під впливом зміни температури виникає невелика напруга.

Поєднання різних видів металів забезпечує різноманітність діапазонів виміру. На цій підставі термопари розподіляються за типами. Дуже популярним є Тип K з поєднанням хромелю та алюмелю, що забезпечує широкий діапазон виміру від –200 до +1350°C.До популярних типів також відносяться J, T, E, R, S, B, N та C.

Термопари типу J, K, T та E також відомі як термопари з неблагородних металів. Типи R, S і B - це термопари із благородних металівякі застосовуються в умовах високих температур.

Вихідні значення з термопари необхідно лінеаризувати у системі виміру.

Слід також враховувати компенсацію холодного спаю. Гарячий спай – це вимірювальний кінець термопари. Інший кінець – це холодний спай, де, як правило, розташоване джерело еталонного сигналу. Компенсація холодного спаю виключає вплив напруги, що виробляється такими холодними спаями, що забезпечує більш точне вимірювання температури.

Труднощі, пов'язані з термопарами

У зв'язку з вкрай низьким рівнем мікровольтного і мілівольтного вихідного сигналу без ізоляції вимірювальної системи можуть виникати електричні шуми і перешкоди. У модулях Dewesoft цю проблему виключено за рахунок надійної ізоляції. Таким чином синфазна напруга в принципі не потрапляє в ланцюжок сигналів.

Ще один спосіб знизити кількість шумів – розмістити систему вимірювання максимально близько до датчика. Відмова від довгих ліній передачі сигналу вже довів свою ефективність у збільшенні чіткості сигналу та зниженні витрат. Оцініть наші модульні прилади SIRIUS та KRYPTON – найкращі у своєму класі рішення для подібних областей застосування.

Некоректна компенсація холодного спаю призводить до неправильних показань. Для правильної роботи джерела еталонного сигналу, цей компонент повинен бути захищений від перепадів зовнішньої температури. Для кожного каналу ми використовуємо окремі мікросхеми для компенсації холодного спаю, фрезеровані з алюмінієвого блоку.Точність збирання забезпечує максимально точне зчитування еталонного сигналу.

Резистивні датчики температури

У порівнянні з термопарами, РДТ (резистивні датчики температури) в цілому мають більшу лінійність і характеризуються відсутністю дрейфу в діапазоні вимірювання. Тим не менш, через платинові компоненти і складнішу структуру їх вартість вища, ніж у термопар.

Найчастіше РДТ використовуються у таких областях, як фармацевтика, де точні температурні вимірювання необхідно проводити протягом тривалого часу. При цьому діапазон вимірів не перевищує 600°C, тому термопари краще підходять для завдань, в яких потрібні контактні вимірювання високих температур.

На відміну від термопар, які мають автономне джерело живлення, як джерело живлення для РДТ використовується система вимірювання.

РДТ вимірює температуру через електричний опір, який змінюється щодо температури вкрай лінійним чином. Хоча РДТ по суті є двопровідним датчиком, додавання одного або навіть двох додаткових проводів (три- і чотирипровідна схема) дає більш ефективну компенсацію самонагрівання та опору дротяного виведення (і рекомендується). Перетворювачі сигналів Dewesoft доступні з дво-, три- та чотирипровідними схемами.

Типи датчиків РДТ

Pt100 (PT = платина, 100 = 100 Ом при 0°C) та Pt1000 - Це найпоширеніші види РДТ. Є також інші типи, такі як датчики Pt200, Pt500 та Pt2000. Системи збору даних Dewesoft підтримують підключення всіх типів РДТ та вимірювання за їх допомогою.

Як вже було сказано, схема РДТ складніша, ніж у термопарі, проте адаптери DSI-RTD від Dewesoft спрощують підключення таких датчиків до вимірювальної системи і роблять його зручнішим. Шуми - це те, що завжди варто враховувати для датчиків з вихідним сигналом малої потужності, проте використання входів з високою розв'язкою найкраще запобігає цій проблемі.

Ще один спосіб знизити кількість шумів – розмістити систему вимірювання максимально близько до датчика. Відсутність довгих ліній передачі сигналу вже довела свою ефективність збільшення чіткості сигналу і зниження витрат. Оцініть наші модульні системи збору даних SIRIUS та KRYPTON – найкращі у своєму класі рішення для подібних областей застосування.

Термістори

Термістор це напівпровідник, виконаний з оксидів металу, які вдавлюються в невеликі кулі, шайби, пластини або інші форми, а потім спікаються при високій температурі. Після цього їх покривають епоксидною смолою чи склом.

При проходженні струму через термістор можна вважати напругу у всьому термісторі, що допомагає визначити її температуру. Типовий термістор має опір 2000 Ом при 25ºC та коефіцієнт температури 3,9%.

Термістори коштують недорого і забезпечують швидкий відгук, але вони нелінійні, діапазон їх вимірювань обмежений, і вони відносно крихкі, якщо не використовувати корпус із зонда як захист.

Переваги та недоліки різних термодатчиків

Тензодатчики

При належному монтажі тензодатчика на об'єкт, що тестується, якщо до об'єкта застосовується механічна напруга (згинання, скручування), опір тензодатчика буде лінійно змінюватися, і цей опір можна буде виміряти. Для розрахунку напруженості та інших сил також можна застосувати математичні формули.

Області застосування тензодатчиків

• Вимірювання деформації та механічної напруги
• Вимірювання ваги та навантаження
• Вимірювання сили
• Вимірювання ударних навантажень та вібрації

Плюси та мінуси тензометричних датчиків

Детальніше про тензодатчики та вимірювання деформації:

Датчики навантаження

Якщо ми підемо ще далі і закріпимо чотири тензодатчики на об'єкті заданої форми, ми отримаємо інший датчик – датчик навантаження. По суті, це датчик сили або тиску.

Найпоширенішими датчиками навантаження є датчики, встановлені в цифрових побутових вагах підлоги. Коли ви встаєте на терези, відбувається стиснення датчиків навантаження. Ми отримуємо зміну в опорі, яку мікроконтролер вимірює та переводить у значення в кг.

Датчик навантаження зі стрижнем або балкою, що згинається (бінокулярною балкою) часто використовується для вимірювання ваги в промисловості. Один кінець стрижня прикріплений до конструкції, а до вільного кінця датчика прикладається сила (див. на схемі F нижче).

Ця сила впливає таким чином, що чотири тензодатчики, вбудовані у верхню та нижню частини, а також у кожний кінець датчика навантаження, розтягуються або стискаються відповідно до застосування/усунення впливу сили на конструкцію датчика навантаження. Незначні зміни у потенціалі з тензодатчиками наша система збору даних легко переводить у вагові значення.

Датчики навантажень доступні в різних розмірах і формах: одні призначені для тісних просторів і малих навантажень, а інші - для величезних навантажень в сотні тисяч тонн.

Області застосування датчиків навантаження

• Випробування матеріалів: зважування деталей у міру їх виробництва для збереження однорідності
• Аерокосмічна галузь: тяга реактивного двигуна, навантаження на колеса та шасі.
• Судноплавство: натяг швартовної системи
• Перевезення: вимірювання крутного моменту двигунів, станції зважування вантажних автомобілів.
• Промисловість: вимірювання натягу та сили на паперових та металургійних фабриках.
• Медицина/охорона здоров'я: ваги інкубатора для новонароджених, обладнання для фізіотерапії.
• Будівництво: розрахунок сил ліфтових тросів, сил, що впливають на будівельні риштування.
• Індустрія розваг: випробування на натяг троса, задіяного в акробатичних номерах.
• Нафтохімічна галузь: вимірювання сил, що впливають на бурові інструменти для видобутку нафти та газу
• Фермерство та тваринництво: зважування худоби, зважування бункерів, баків та силосних башт.
• Домашнє господарство/споживчі товари: цифрові ваги підлогові, кухонні ваги.

Плюси та мінуси тензодатчиків

Детальніше про датчики навантаження та вимірювання ваги:

Датчики LVDT

Перетворювачі LVDT (лінійно-регульовані диференціальні трансформатори) використовуються для вимірювання лінійного зміщення/положення на відносно коротких відстанях. Вони складаються із трубки, в яку вставлений стрижень. Основа трубки фіксується, а кінець стрижня закріплюється на деталі, що рухається.

У міру висунення стрижня з трубки або просування в неї датчик подає вихідні сигнали, які являють собою інформацію про положення стрижня від початкової точки до максимального відхилення. Стрижень не стосується внутрішніх стін трубки, що практично виключає тертя, а сам датчик LVDT не містить електронних компонентів, тому його часто застосовують у суворих умовах.

Області застосування LVDT

• Тисячі вимірювальних завдань у промисловості, на виробництві та у технологічному процесі
• Аерокосмічна галузь: приводи та випробування поверхні управління
• Перевезення: моніторинг дорожнього просвіту для тягача та автопоїзда.
• Нафтохімічна галузь: позиціонування бурових інструментів.

Плюси та мінуси датчиків LVDT

Вібродатчики - акселерометри

Акселерометри використовуються для вимірювання вібрацій та ударних навантажень на машинах та будь-яких рухомих об'єктах.Для розрахунку зсуву та швидкості також можна провести інтеграцію або подвійну інтеграцію вихідних сигналів цих приладів.

Акселерометри для динамічних вимірів, як правило, ґрунтуються на п'єзоелектричному принципі: коли до кристала кварцу застосовується механічна напруга, він випускає потік заряджених іонів пропорційно до механічної напруги. Такі датчики заряду підключені до перетворювача сигналів зарядного типу. Ще більш поширені датчики IEPE (або ICP®), в які вбудований підсилювач і для яких потрібний більш дешевий сигнал перетворювача.

Два accelerometers and modal hammer connected to Dewesoft DAQ systemДва акселерометри і модальний молоток, приєднані до системи збору даних Dewesoft

Є також ємнісні акселерометри з іншим принципом роботи, які широко використовуються для вирішення менш відповідальних промислових завдань.

Крім цього, є акселерометри на базі MEMS, які повсюдно застосовуються в навігації, для орієнтації планшетів та телефонів, в автомобілебудівних випробуваннях та запису руху.

Області застосування акселерометрів

• Різні випробування на ударні навантаження та вібрацію у всіх галузях
• Аерокосмічна галузь: випробування на деформації та механічне напруження фюзеляжу, випробування на вібрацію в реактивних та ракетних двигунах.
• Перевезення: реєстрація ударних навантажень та вібрації під час транспортування крихких предметів
• Автомобільна галузь: вимірювання ударних навантажень та вібрації панелі кузова, випробування на комфорт пасажирів, вимірювання вібрації двигуна.
• Випробування щодо оцінки впливу вібрації на людину
• Випробування на вібрації при крученні та обертанні

Плюси та мінуси датчиків акселерометра

Докладніше про вимірювання вібрацій:

Звукові датчики: мікрофони

Поза індустрією розваг мікрофони виробляються для збору даних в галузі аналізу та вимірювання звуку та шуму

Мікрофони використовуються при дослідженні шумів та вібрацій, дослідженні людського слуху, вимірюванні зовнішнього шуму автомобіля тощо.

Області застосування мікрофонів

• Різні випробування на шум та вібрацію у всіх галузях
• Аерокосмічна галузь: випробування на шум реактивного двигуна
• Перевезення: реєстрація ударних навантажень та вібрації під час транспортування крихких предметів
• Автомобільна галузь: вимірювання шуму двигуна, вимірювання зовнішнього шуму автомобіля, випробування на шум гальмівного механізму
• Медицина: дослідження впливу навколишнього шуму, перевірка слуху

Плюси та мінуси мікрофонних датчиків

Перетворювачі струму

Як і напруга, струм - це одна з найбільш фундаментальних форм енергії. Його вимірювання служить цілям моніторингу та аналізу.

Для перетворення малих і середніх рівнів струму в напругу можна використовувати струмові шунти - це свого роду резистор.

Більшість інших типів датчиків і перетворювачів струму на ринку працює на основі індукції або іншого суміжного методу, при якому вони не є частиною електричного ланцюга. Це дозволяє вимірювати більш високі рівні струму. , і вимірює його. Вихідне значення датчика – це пропорційна напруга, яку наша система збору. даних може відображати, зберігати та аналізувати.

Існують гнучкі котушки Рогівського, які легко встановлюються навіть у важкодоступних місцях або у випадках, коли розмикання ланцюга небажано. струму спеціально розроблених для вирішення різних завдань.

Області застосування перетворювачів струму

• Виробництво та розподіл енергії: різні випробування, випробування на якість електроенергії, моніторинг атомних електростанцій та електростанцій на викопному паливі.
• Аерокосмічна галузь: випробування двигунів та систем живлення
• Автомобільна галузь: випробування електричних систем, гібридних та електричних двигунів.
• Перевезення: електричні підземні вагони, випробування контактних рейок та пантографів, енергорозподільні центри.

Плюси та мінуси перетворювачів струму

Трансформатори напруги - силові трансформатори

Як і струм, напруга - це одна з найбільш фундаментальних форм енергії. Його вимір служить цілям моніторингу та аналізу. Будь то перевірка якості енергії, що передається електричною мережею, вимірювання споживання енергії електромобілем з гібридним двигуном або машиною, оцінка електроживлення відіграє вкрай важливу роль.

Практично кожна система збору даних і реєстратор даних у світі може безпосередньо приймати низькі або середні рівні напруги в діапазоні 0-10 або 0-50 В, тому зменшувати цю напругу за допомогою трансформатора не потрібно.При напрузі від 50 до 1000 можна встановити в систему збору даних спеціальні перетворювачі сигналів, наприклад модуль SIRIUS-HV, який може безпосередньо і безпечно приймати таку напругу і знижувати його для оцифрування, відображення і зберігання.

Однак при вищій напрузі або в присутності небезпечних для життя струмів і напруги необхідно використовувати трансформатори високої напруги для придушення високої напруги та ізоляції оператора від небезпеки, пов'язаної з напругою та струмом. Такий пристрій називається трансформатором напруги чи силовим трансформатором.

Типовий силовий трансформатор використовує трансформатор для зниження надзвичайно високих потенціалів (навіть вище 10 000 В) до безпечного рівня. Трансформатор можна підключити послідовно або паралельно з електричним ланцюгом, що відстежується. Основна обмотка трансформатора має велику кількість петель у порівнянні з додатковою.

Оскільки зазвичай підключені системи збору даних мають дуже високий опір, потік струму буде незначним. Таким чином, додаткова обмотка силового трансформатора практично не отримує ніякого навантаження. Вихідні значення більшості силових трансформаторів становлять від 50 до 200 В. Такі значення може набути практично будь-яка система збору даних.

Існують силові трансформатори для застосування як у відкритому повітрі, і у приміщенні. Також є силові трансформатори для дозування електроенергії. Крім того, існує альтернатива чистому типу трансформатора: у цій конфігурації набір конденсаторів після проміжного трансформатора ще більше знижує напругу.Це може бути більш економічним рішенням, оскільки проміжні трансформатори з відносно низьким коефіцієнтом зниження коштують менше, ніж традиційні трансформатори з обмоткою та високим коефіцієнтом зниження.

Третім варіантом є оптичний трансформатор напруги. Оптичні трансформатори напруги найчастіше використовуються на електропідстанціях і рідше для збору даних. Оскільки вони працюють на принципі ефекту Фарадея, у якому поляризація світла піддається прямому впливу магнітного поля, вони ізольовані насправді. Вони також мають велику точність.

Області застосування трансформаторів напруги

• Виробництво та розподіл енергії: випробування високовольтних ліній електропередач, синхронізація генераторів з магістральною електромережею.
• Аерокосмічна галузь: випробування двигунів та систем живлення
• Автомобільна галузь: випробування електричних систем, випробування гібридних та електричних двигунів.
• Перевезення: електричні підземні вагони, випробування контактних рейок та пантографів, енергорозподільні центри.

Плюси та мінуси трансформаторів напруги

Learn more sobre voltage measurement and analysis:

Оптичні датчики

Оптичні датчики застосовуються у таких областях:

• виявлення світла, інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювань;
• визначення відстані до об'єкта, його присутності/відсутності;
• заміна традиційних датчиків

Виявлення світла, інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювань

Виявлення або вимірювання рівнів освітлення навколо датчика може бути найрізноманітнішим завданням. Найочевидніший приклад - автоматичне включення та вимкнення освітлення, для якого потрібен фотодатчик.

Навіть мобільні телефони оснащені світловим датчиком для автоматичного налаштування яскравості екрану. Ближнє світло фар більшості автомобілів включається автоматично із заходом сонця, а дальнє світло — автоматично вмикається і вимикається вночі при виявленні транспортного засобу, що наближається. Автоматичні фотокамери вимірюють зовнішнє освітлення для правильного встановлення витримки.

До основних технологій для виконання перерахованих вище завдань (і не лише їх) відносяться фотовольтаїка, фотоелементи (або фоторезистори). Вони розроблені для виявлення та вимірювання світла.

Незважаючи на те, що більшість таких датчиків розроблено для спектра, видимого людському оку, деякі датчики працюють з інфрачервоним, а також ультрафіолетовим спектром. Інфрачервоний спектр використовується у багатьох робототехнічних систем, а також у звичайному телевізійному пульті. Інфрачервоні випромінювання не видно людському оку, але у високих концентраціях можуть бути небезпечні, тому їх виявлення, крім іншого, необхідно проводити з метою безпеки.

Фотоелемент, також відомий як фоторезистор або світлочутливий резистор, може визначати присутність і кількість світла, оскільки його вихідні значення змінюються пропорційно кількості світла, що падає на фотоелемент, на якому є сітка, зазвичай виконана з сульфіду кадмію. Коли світло не впливає на елемент, пристрій має дуже високий опір.Коли ж елемент падає світло, опір зменшується пропорційно кількості світла.

Разом з відповідним перетворювачем сигналу його можна використовувати як датчик увімкнення/вимкнення або для вимірювання інтенсивності світла. Залежно від хімічного складу маленькі та недорогі фотоелементи можуть виявляти всі спектри до інфрачервоного.

Визначення відстані до об'єкта, його присутності/відсутності

Фотодатчики (або датчики наближення) та близькі їм напівпровідники (фотодіоди) використовуються для вимірювання відстані до об'єктів або між ними, а також визначення наявності або відсутності будь-якого об'єкта.

Вони широко застосовуються щодо різноманітних завдань у промисловості, зокрема на заводських технологічних лініях визначення правильності розміщення об'єктів на стрічці чи виявлення готовності нового об'єкта для сборки. Вони також використовуються в автомобільній галузі для визначення присутності інших автомобілів або об'єктів, а також у системах сигналізацій, у CD та DVD-дисках.

Заміна традиційних датчиків

Наступний рівень — це використання оптики для зчитування даних, тобто для доповнення та заміни традиційних датчиків, таких як тензодатчики, акселерометри, термодатчики та ін.

Передача по оптоволокну

У поєднанні з sensor performance, інший advantage is fiber optic transmision of sensor data itself compared to using copper cables.

У наші дні замість електричної передачі для надсилання сигналів з однієї точки в іншу використовується оптоволокно.Поширене майже повсюдно, оптоволокно використовується для підключення телебачення та інтернету та забезпечує більш високі, у порівнянні з традиційними кабелями, швидкості передачі. Оптоволоконна передача також забезпечує явні переваги в порівнянні з електричною передачею:

• стійкість до магнітних перешкод;
• стійкість до опору та нагрівання;
• довгий шлях передачі сигналу без втрат;
• численні дроти передачі сигналів можна замінити одним тонким кабелем;
• дуже широка пропускна спроможність.

Області застосування оптичних датчиків

• Автоматичне увімкнення/вимкнення світла, системи сигналізації
• Технологічні завдання в промисловості, лінії збирання, конвеєрні системи
• Робототехніка, напрям руху та виявлення
• Датчики задимлення
• Аналіз медичних зразків
• Лазерний далекомір, окуляри нічного бачення
• Автоматичне відчинення дверей

Плюси та мінуси оптичних датчиків

Датчики-відеокамери

Ми представляємо відеокамери як щось, що застосовується виключно для фотографування або зйомки фільмів, проте вони також широко використовуються у промисловості та науці. На заводах датчики-відеокамери для одиничної та безперервної зйомки застосовуються, щоб відстежувати та контролювати різні процеси на лініях виробництва та складання.

Відеокамери також відіграють важливу роль у системах збору даних під час виконання вимірювальних завдань. Всі системи збору даних Dewesoft можуть використовувати одну або кілька відеокамер і записувати відео синхронно з аналоговими та цифровими даними.

Скріншот системи збору даних Dewesoft, що демонструє синхронізацію аналогових

Професійні та споживчі камери

З одного боку, для додавання відео до записів деяких систем збирання даних можна використовувати дуже недорогі веб-камери. З іншого боку, існують промислові камери з більш якісними об'єктивами і синхронізацією частоти кадрів камери з процесом, що записується і/або частотою вибірки даних.

Наприклад, показана тут модель DS-CAM-600 може виводити до 336 кадрів за секунду у роздільній здатності Full HD або навіть до 600 кадрів за секунду, якщо зменшити розмір зображення. Крім того, герметичний корпус камери захищає її від вологи, пилу та атмосферних впливів (ступінь захисту IP 67). У системах збору даних Dewesoft можна використовувати кілька камер одночасно, що дозволяє отримати різні кути огляду об'єктів, що тестуються.

Коли на початку 2000-х компанія Dewesoft додала звичайну веб-камеру до систем збору даних, це стало справжнім проривом на ринку. Наступним логічним кроком стало використання промислових камер, частоту кадрів яких можна було тонко налаштувати і які мали більш високу роздільну здатність і швидкість.

Механічні кріплення та захист важливі для кожного датчика, що було враховано під час розробки найкращих сучасних промислових камер.

Інфрачервоні та тепловізійні камери

Інфрачервоні камери також іноді використовуються в науці та промисловості та є ще одним важливим компонентом системи збору даних.Інфрачервоні камери можуть визначати температуру в зоні видимості, що ідеально підходить для вимірювання без прямого контакту.

Експорт файлів даних з Dewesoft X за допомогою камери із синхронізацією аналогових даних, інфрачервоної та стандартної камери

Інфрачервоні випромінювання допомагають щодо несправностей на електростанціях, оскільки перегрів джерел живлення і генераторів, зазвичай, свідчить про наявність проблеми. При одному погляді дані з інфрачервоної камери легко визначити проблемні ділянки.

Той самий принцип застосовується при випробуванні автомобільного гальмівного механізму. Інфрачервоні камери дозволяють виміряти точну температуру гальм при їх експлуатації та виміряти точну швидкість нагрівання або охолодження в різних умовах. Такі камери все частіше використовуються в ADAS (сучасних системах допомоги водієві), оскільки допомагають автомобілю виявляти людей та інші джерела тепла, перш ніж вони потраплять у поле зору, особливо вночі.

Здатність «бачити» в іншому спектрі відкриває величезну кількість можливостей для багатьох випробувань і областей вимірювання. Найвідомішим виробником інфрачервоних камер є FLIR, і багато їхніх моделей тісно інтегровані в системи збору даних Dewesoft для збору безперервних термографічних даних у синхронізації з аналоговими та цифровими даними з датчиків, як показано в прикладі вище.

Високошвидкісні камери

Високошвидкісні камери потрібні для реєстрації явищ, що вкрай швидко змінюються. Ви напевно бачили уповільнену зйомку кульки, що лопається, або кулі, що пронизує склянку з водою, — такі відео були зняті на високошвидкісні камери.

Високошвидкісні камери Photron можуть захоплювати до 500 000 зображень за секунду.Ці дані зберігаються в оперативну пам'ять і відразу доступні для відтворення Системи збору даних Dewesoft можна синхронізувати з камерами Photron, що дозволяє встановити для них одночасні тригери, а після завершення випробування високошвидкісне відео відразу передається до системи збору даних Dewesoft і автоматично синхронізується з іншими даних можна відтворювати в ідеальній синхронізації з даними з інших датчиків.

Відео з випробування перемикача з плавким запобіжником з використанням обладнання та програмного забезпечення для збору даних Dewesoft

Висновки

Камери забезпечують унікальний контекст для даних, що реєструються, підвищують ефективність інформації та аналізу при дослідженнях і випробуваннях.

Області застосування відеокамер

• Промислові камери: автоматизація виробництва та контроль технологічного процесу; автомобільна галузь - Вимірювання зовнішнього шуму ТЗ, випробування в аеродинамічній трубі, випробування гальмівних механізмів; аерокосмічна галузь - випробування поверхні управління, випробування рятувальних трапів, випробування двигунів
• Інфрачервоні камери: вимірювання електроенергії та живлення, ADAS (сучасні системи допомоги водієві)
• Високошвидкісні камери: балістичні випробування, дослідження гідроаеродинаміки, випробування матеріалів, автомобільні краш-тести, випробування в аеродинамічній трубі.

Плюси та мінуси датчиків камери

Цифрові датчики

Говорячи про цифрові датчики, ми маємо на увазі датчики, які виводять дискретні значення, зазвичай пов'язані з лінійним або кутовим положенням, а також датчики, які використовуються для виявлення об'єктів поблизу. Розглянемо найпоширеніші цифрові датчики.

Датчик наближення

Датчик наближення здатний виявляти об'єкти поблизу безконтактним способом, а потім виводити імпульсні сигнали або сигнали напруги. Є кілька типів датчиків наближення. Їх вибір залежить від складу об'єктів, що виявляються. is able to detect nearby object without making contact with it, and then output a pulse or voltage signal. Існують кілька типів пропорційності sensors, які є схожі на композицію object(s), які повинні бути розпізнані.

Поворотні енкодери

Поворотні енкодери, як правило, забезпечують високу кутову роздільну здатність, оскільки можуть налічувати до декількох тисяч кроків на поворот 360°, що дозволяє вимірювати кроки менше 1°. Багато енкодерів також можуть визначати напрямок обертання, що представляє особливу важливість у певних сферах застосування.

Інкрементальні енкодери

Інкрементальні енкодери записують відносні зміни в положенні та напрямку. Вони не відстежують абсолютне положення (кут).

Інкрементальні енкодери виводять сигнали A і B, які вказують на зміни в русі та напрямку. Для деяких енкодерів можна визначити бажане або еталонне положення. При досягненні цього положення створюється додатковий вихідний сигнал Z. Інкрементальні енкодери - це найпоширеніші і найпопулярніші типи енкодерів.

Лінійні енкодери

Лінійний енкодер вимірює положення вздовж лінійного шляху. На відміну від поворотного енкодера, який має круглу внутрішню пластину, що дозволяє вимірювати положення валу, більшість лінійних енкодерів переміщаються вздовж зовнішньої шкали і визначають власне положення відповідно до міток на цій шкалі.

Ідеальний приклад - струменевий принтер, який використовує лінійний енкодер для точного переміщення друкувальної головки вперед і назад вздовж шкали під час друку. Для цього, як і для інших завдань, потрібні високі роздільна здатність та точність.

Найчастіше з лінійними енкодерами використовуються оптичні технології зчитування даних. Тим не менш, є енкодери, які працюють на основі магнітних, ємнісних та індуктивних технологій. Оптичні енкодери забезпечують максимальну точність та роздільну здатність. Однак слід уважно стежити за відсутністю забруднень, оскільки вони можуть негативно вплинути на роботу датчика.

Лінійні енкодери мають як аналоговий, так і цифровий виходи. З системами Dewesoft краще використовувати цифрові виходи, оскільки вони передають вихідні сигнали A і B, що схоже на інкрементальні поворотні енкодери, описані в попередньому розділі.

Датчики положення зуба зубчастого колеса

Цей кутовий датчик складається із зубів, розташованих по колу, а також своєрідного датчика наближення, розташованого таким чином, щоб засікати зуби при їх проходженні поруч із датчиком. Як правило, використовується датчик наближення, що працює за принципом ефекту Холла, але можливі інші варіанти. Зубчасте колесо встановлюється на вал, що обертається.

Датчик Холла виявляє відхилення в індукції, що виникає в повітряних кишенях між магнітом і металевими зубами колеса, що проходять. У сучасних системах сигнал перетворюється на бінарний прямокутний імпульс, який залежить від вимог до орієнтації. Сигнал проводиться до повної зупинки зубчастого колеса і продовжується з проходом першого зубця відразу після подачі живлення.

Багато датчиків Холла можуть виявляти не тільки зубці зубчастого колеса, що проходять близько зубів, але також використовуватися для виявлення отворів в дисках і пластинах, металевих елементів (наприклад, болтів), доданих у різні диски і пластини, надсічок на валах приводу і розподільчих валах.

Області застосування цифрових датчиків

• Датчики наближення: підрахунок числа обертів за хвилину обертового валу (функція тахомера); підрахунок деталей, які проходять через виробничу лінію; виявлення проходження автомобілів (занурений у дорогу)
• Поворотні енкодери: вимірювання швидкості моторів, конвеєрів, систем наповнення, систем переміщення та позиціонування; вимірювання швидкості, положення верстатів та відстані (текстильна, паперова промисловість, металургія)
• Лінійні енкодери: верстати з ЧПУ; струменеві принтери; лазерні сканери; системи переміщення та позиціонування на виробництві; робототехніка
• Датчики положення зуба зубчастого колеса: Вимірювання числа оборотів в хвилину обертового валу; аналіз згоряння двигуна; вивчення вібрацій при крученні та обертанні

Плюси та мінуси цифрового датчика

Висновки

Ми сподіваємося, що тепер у вас склалося повніше уявлення про те, що собою представляють датчики, як вони працюють і як застосовуються для вирішення по-справжньому величезної кількості завдань у сфері моніторингу та випробувань. Технології не стоять на місці: датчики стають все кращими, ведеться пошук нових, більш ефективних способів проведення точних і вимірів, що повторюються.Сама технологія застосування датчиків постійно розвивається.

Визнаємо, у цій статті ми торкнулися лише малої частини цієї великої теми. У наші дні існує величезна різноманітність датчиків, у тому числі ультразвукові датчики, які використовують відбиті ультразвукові хвилі для вимірювання відстані, хімічні датчики, що виявляють гази та пари, та багато іншого.

Датчики руху - як зробити правильний вибір

Сьогодні датчики руху використовуються в усіх сферах життєдіяльності людини - зниження витрати електроенергії, автоматизації низки процесів, підвищення зручності людей інших цілей, вирішальних завдання. Датчики руху застосовують для обладнання "Розумних будинків", включення освітлення, забезпечення систем охорони.

Вибираючи функціональний детектор варто враховувати характеристики та параметри, ось головні з них:

• Умови довкілля.
• Час спрацьовування.
• Потужність.
• Радіус дії.

Враховуючи умови, де монтуватиметься прилад, вибирається ступінь (клас) захисту, від якого залежить, наскільки виріб витримує фізичну дію, попадання пилу, вплив вологи тощо. Ці параметри впливатимуть на роботу виробу, якщо на вулиці піде сніг чи дощ, потрапить сміття, пісок та інші сторонні предмети діаметром 1мм.

Цікаво знати!

Безпека та контроль сьогодні не обмежуються лише охороною. Тепер контролювати необхідне приміщення, будинок або офіс можна використовуючи всілякі електронні пристрої, такі як камери нічного бачення, датчики світла, диму, руху і т.д. принцип роботи датчика руху а також їх параметри та можливості.

Вибір датчика для увімкнення світла

Такий тип детекторів реагує з появою живої істоти в зоні її досяжності, включаючи світло на зазначений час, який можна самостійно регулювати спеціальним ручкою на зовнішньому корпусі. Час роботи світла становить від 5 с. до 7 хв.

Така функція корисна, якщо потрібно послідовно включати освітлення в довгих коридорах яким йде людина або під'їздах. Встановлюючи датчик не рекомендується постійно тримати світло увімкненим, він самостійно запалюватиметься при появі людини.

Коли детектор встановлений у приміщенні, де люди пересуваються регулярно, світло горітиме постійно, доки спостерігається рух по кімнаті. Вранці або вдень, коли освітлення не потрібне, на виріб додається ручка, що регулює мінімальний рівень освітленості для спрацьовування.

Вибір детектора з урахуванням розташування

Перед встановленням рекомендується визначитися з вибором розташування приладу.

Сучасні вироби оснащені певними показниками захисту від негативної дії, вологостійкості.

1. Якщо ви ставитимете виріб на вулиці, вибирайте датчик з високим ступенем захисту - це IP 54, IP 55, IP 65. У випадках, коли датчик буде під навісом, достатньо індексу IP 44. Такі моделі доступні за ціною.
2. Якщо пристрій монтується в закритому приміщенні не високої вологості, підійде IP20, але подібна модель може пошкодитися при попаданні піску та іншого сміття. Датчик IP40 захищений від потрапляння сторонніх частинок, але не вологи.
3. IP41 не псується при попаданні вологи. Також йому не страшний конденсат. Датчик захищений від бризок води та встановлюється у місцях з підвищеною вологістю.
   
4. При виборі варто враховувати максимальну потужність, комутувану виробом.
   
5. Перед покупкою уточнюйте потужність обладнання для освітлення, щоб ви могли легко підібрати потрібну модель.
6. При виборі враховуйте, що інфрачервоний детектор фіксує тепло, а будь-яка перешкода буде заважати його спрацьовування.

Саме тому іноді потрібно встановлювати одразу два та більше детекторів, які розміщують по різних зонах території, яку потрібно контролювати.

Види

Сьогодні використовують чотири типи датчиків руху:

• Ультразвукові - прилад фіксує відбитий звук від предмета або людини. буде пересуватися швидко. Деякі УЗВ датчики реагують на свійських тварин, що не зручно;
• інфрачервоні - фіксують ІЧ-випромінювання позначеного температурного режиму. Прилади безпечні для живого і можуть налаштовуватися, спираючись на кут сканування та дальність виявлення. Також ІЧ-детектор неефективно працює за високого ступеня вологості;
• НВЧ – датчик випромінює електромагнітні хвилі високих частот. Прилад може зафіксувати об'єкт за різними перешкодами (вікном, дверима, гіпсом і т.д.) НВЧ-датчик довго працює за будь-якої погоди і фіксує навіть об'єкти, що повільно переміщаються. Прилади компактні, але коштують дорожче за згадані вище. Деякі типи НВЧ детектори мають одразу два і більше незалежних зон контролю. Також слід зазначити, що мікрохвильове випромінювання негативно впливає на все живе, але на продаж виставлені моделі, які не переступили безпечний поріг впливу;
• комбіновані – якщо вам потрібно забезпечити задану точність виявлення, вибирайте цей тип. Вони поєднують кілька технологій одночасно. Комбіновані пристрої добре підходять для вулиці, а для захисту нерухомості краще вибирати прилади з ультразвуком та ІЧ.

Зверніть увагу! Звукові моделі реагують на кожен рух, не обов'язково на людину або тварину, що йде.

За типом розташування найчастіше застосовуються три види детекторів:

1. Стельові - призначені для сканування зони 360 градусів. Їх використовують для повного контролю приміщення.
2. Кутові, настінні – кут огляду не перевищує 180 градусів. Такі моделі точно контролюють необхідну територію. Кутові детектори легше кріпляться за рахунок особливостей кріпильного майданчика.
3. Варто згадати лампи із вбудованими датчиками. Вони практичні, доступні та послужать оптимальним варіантом у багатьох ситуаціях.

Також детектори відрізняються за типом живлення. Найчастіше використовують моделі, які живляться від мережі. Представлені інші моделі, що заряджаються від сонячних батарей, що працюють від АБК або передають сигнал по радіоканалах. Їх ставлять там, де неможливо чи надто дорого прокладати комунікації.

Вибір датчика для великого кута огляду

Вибір виробу безпосередньо залежатиме від конструкції будівлі. У випадках, коли об'єкт, що охороняється, має кілька дверей і через кожну можна увійти, краще купити прилад з кутом огляду 360 градусів. Таким кутом огляду оснащені стельові моделі. Якщо в будівлі одні двері, достатньо приладу зі 180 градусами. При установці направляйте датчик точно на потрібну область, тобто двері, до яких входять відвідувачі. Такі моделі кріплять на стіну.

Чи варто купувати датчики з додатковими налаштуваннями

Сучасні моделі доповнюються різними механізмами та налаштуваннями. Звичайно, вартість таких моделей буде вищою, ніж ціна виробів з базовими опціями. Тут виникає питання, а чи потрібні взагалі ці додаткові функції? Розробники впевнені, що так.

Наприклад, наявність детектора освітленості (фотореле) істотно економить споживання електроенергії. Ці прилади працюють таким чином: світло вмикається, коли рівень освітленості на вулиці нижчий, ніж у встановлених налаштуваннях. Так, вдень додаткове освітлення не працюватиме.

Функція захисту від тварин корисна у ситуаціях, коли потрібно уникнути помилкового спрацьовування датчиків. Він не відреагує на собаку, кішку чи іншу тварину. Завдяки особливим параметрам можна “змусити” детектор реагувати виключно на людину.

Отже, вибираючи датчик руху, не потрібно економити або купувати першу модель, що трапилася. Спочатку визначте задані параметри, умови, в яких працюватиме прилад, і залежно від цього вибирайте придатний для себе варіант з огляду на технічні характеристики. Коли вибір зроблено, обов'язково подумайте про підключення детектора до мережі та налаштування. Тільки якщо врахувати нюанси можна забезпечити роботу детектора без збоїв та відхилень.