Senzori Seminar Ski Rad

Viskoka tehnicka skola strukovnih studija u Zrenjaninu Nastavni predmet: Primenjena elektronika.

Senzori blizine -seminarski rad-

Predmetni nastavnik:

Student:

Dr Lazo Manojlovic dipl. ing.

Zombori Norbert, br. Ind. 67/07-3

U Zrenjaninu 2011.

Sadrzaj Uvod......................................................................................................................1 1. Podela senzora blizine......................................................................................1 1.1 Induktivni senzori blizine............................................................................1 1.2 Kapacitivni senzori blizine..........................................................................1 1.3 Ultrazvucni senzori blizine..........................................................................1 1.4 Opticki senzori blizine................................................................................1 2. Prednosti bezkontaktnih senzora blizine...........................................................1 3. Zakljucak...........................................................................................................1 Literatura...............................................................................................................1

2

Uvod Sam razvoj uredjaja koji coveka zamenjuju na onim mestima na kojima su se pokazali produktivnijim, su tekli sledecim redom: Doslo je do velikog razvoja robota, Cija ce primena biti izrazena I u buducnosti. Za same proizvodjace postavlja se jedan veoma vazan zadatak, a to je proizvodnja senzora I zamena ljudskih visoko razvijenih senzorickih sposobnosti. Senzori isporucuju samo delimicnu informaciju, zbog cega je potrebno razviti sisteme koji su izgradjeni sa vise razlicitih senzora. Senzor je tehnicki pretvarac, koja pretvara fizicku velicinu (temperature, udaljenost, pritisak) u neku drugu velicinu, koja se lako obradjuje, najcesce elektricni signal. Neki od zahteva u robotici su: •

Da bi pokazali uglavni polozaj zgloba, obicno se za svaku osovinu robota stavlja encoder.

•

Mogucnost transformacije zglobnih koordinata u kartezijskom koordinatnom sistemu

•

Primena telerobotike na mestima gde ne moze biti prisutan covek

•

Stepen odredjenja je odredjen autonomno I tesko se odrzava Karakteristike senzora je da imaju izlazni signal koji se menja kada je blizina

objekta veca ili manja od odredjene vrednosti. Cesto se zovu I relejnim senzorima odnosno prekidacima. Senzori blizine su jeftini, lako se odrzavaju I imaju dug vek trajanja.

3

1. Klasifikacija senzora blizine Senzore blizine delimo na: •

Induktivne senzore blizine

•

Kapacitivne senzore blizine

•

Ultrazvucne senzore blizine

•

Opticke senzore blizine.

1.2 Induktivni senzori blizine Princip rada ovih senzora se zasniva na induktivnosti kalema od promene magnetne otpornosti. Priblizavanje predmeta senzoru raste induktivnost, udaljavanjem predmeta desava se suprotni.

Slika 1, struktura induktivnog senzora blizine

Prikljucivanjem senzora na napajanje elektricnom energijom, dolazi do oscilovanja

na

rezonantnoj

frekvenciji.

Ove

oscilacije

su

uzrok

stvaranja

elektromagnetnog polja ciji je pravac prostiranja u smeru ose senzora. Izlazni signal se menja pri udaljenosti predmeta. Induktivni senzori se prave kao: U-profil, cilindricni profil, prizmaticni profil.

4

Slika 2. konstruktivne izvedbe induktivnih senzora

Kucista ovakvih senzora se prave od nerdjejucih celika ili polimera. Na samom kucistu se ugradjuju LED diode za vizuelnu indikaciju stanja I ispravnost napajanja.

Slika 3. Konstrukcioni detalji ugradnje induktivnih senzora: a) direktna ugradnja, b ) ugradnja u udubljenju, c) ugradnja u nizu, d) detekcija ugaone brzine, e) detekcija ugaonog ubrzanja

5

1.2 Kapacitivni senzori blizine Princip rada ovih senzora sličan je principu rada induktivnih senzora. Rad senzora je miran i beskontaktan. Spadaju u grupu senzora za određivanje blizine objekta, a mogu poslužiti i za merenje zglobne brzine. Osnovni element senzora je kondenzator koji se priključuje na oscilator ili pojačivač.

Slika 4. Struktura kapacitivnog senzora

Pojavom objekta između elektroda dolazi do stvaranja naizmeničnog napona. Dobiveni naizmenični napon se ispravlja i uporedjuje sa naponom praga Šmit-ovog trigera koji je najčešće podešen na ekvivalentnom preklopnom rastojanju. Do porasta rastojanja uključivanja doći će zbog prisustva vlage i prašine, kao i usled porasta temperature. Obično se tačno očitavanje vrednosti priključivanja određuje uz tačno definisane uslove. Kod ovih se senzora dielektrična konstanta kreće blizu jedinice. Zbog toga nisu pogodni za detekciju predmeta od prozirnih materijala.

6

1.3 Ultrazvucni senzori blizine Osnovni elementi ultrazvučnog senzora blizine su: ultrazvučni primopredajnik, uređaj za formiranje izlaznog signala i pojačivač.

Slika 5. Struktura ultrazvučnog senzora

Ovi senzori se koriste kao senzori blizine, a mogu poslužiti i za određivanje zglobne brzine. Mogu biti izvedeni kao pijezoelektrični, a obično se prave kao elektrostatički. Radna frekvencija elektrostatičkih senzora je 250kHz. Izgrađeni su od dvije metalne elektrode priključene na jednosmjerni prednapon (300V), tako da se međusobno privlače. Jedna elektroda je fiksirana, dok druga koja je pričvršćena po obodu počinje vibrirati u skladu sa silom stvarajući ultrazvučne talase. Pijezoelektrični primopredajnici se prave od pijezoelektričnih materijala. Priključenjem pijezoelektrične membrane na naizmjenični napon, ona počne da osciluje i djeluje kao generator ultrazvuka. Pri gradnji ovih senzora javlja se više problema (nejednaka brzina prostiranja ultrazvuka u različitim medijima, zavisnost brzine od temperature i pritiska vazduha, slabljenje intenziteta zbog radijalnog širenja i apsorpcije, djelovanje šuma i dr.)

7

1.4 Opticki senzori blizine Ovi senzori se sastoje od optičkog para: predajnika i prijemnika. Kao predajnici većinom se koriste LED-diode i laserske diode, dok se kao prijemnici koriste fototranzistori, fotodiode i fotootpornici. Najčešća kombinacija je LED-dioda i fototranzistor. Optički par radi usaglašeno u određenom području optičkog spektra. Obično je optički signal u području vidljive svjetlosti, u području kratkotalasne infracrvene svjetlosti ili u području srednjetalasne infracrvene svjetlosti.

Slika 7. Optički senzor kod prepoznavanja predmeta

Optički senzori koji imaju refleksiju na objektu tačno prepoznaju objekt na određenoj udaljenosti, koja je ovisna o intenzitetu emitovane svjetlosti, položaja predmeta u odnosu na prijemnik i predajnik.

8

2. Prednosti bezkontaktnih senzora blizine Danas se senzori blizine koriste u mnogim područjima industrije. Primjenjuju se u sekvencijskom upravljanju u tehničkim postrojenjima za nadzor i osiguranje procesa. U tom kontekstu senzori se koriste za rano, brzo i pouzdano otkrivanje pogrešaka u proizvodnom procesu. Drugi značajan razlog primjene je prevencija ozljeđivanja ljudi i oštećivanja strojeva. Pomoću senzora se brzo mogu uočiti i dojaviti nedostaci opreme, te tako skratiti vrijeme stajanja strojeva. Prednosti ovih senzora su: •

Točno i automatsko uočavanje položaja

•

Bezkontaktno osjet objekata i veličina procesa. Kod elektroničkih senzora nema kontakta između senzora i objekta

•

Brzo spajanje, kod njih nema iskrenja i ne proizvode lažne impulse

•

Otporni su na trošenje, jer nemaju pokretnih dijelova koji se mogu istrošiti

•

Neograničen broj prekapčanja

•

Izvedbe za opasne okoline (npr. područja u kojima postoji opasnost od eksplozija) U vođenom procesu senzori su "promatrači" koji nadgledaju proces, dojavljujući

pogreške i promjene statusa, te prosljeđuju te informacije ostalim uređajima u procesu. Senzori "diskretnog položaja", npr. senzori koji osjete da li se nalazi objekt na određenoj udaljenosti od senzora. Ovi senzori su poznati pod nazivom proximity (senzori blizine) i daju stanja "da" ili "ne", ovisno o tome da li se objekt nalazi unutar određenog područja. Drugi naziv je binarni senzori, rjeđe uklopnici.

9

3. Zakljucak Uz mogućnosti koje se pružaju integracijom senzora i njihovu široku primjenu i fleksibilnost moguće je vrlo jeftino i efikasno osmisliti donedavno nezamisliva rješenja za nadzor ili kontrolu sustava. Niske cijene integriranih senzora, koji uz to imaju ogroman broj različitih izvedbi dovele su do toga da se u skoro sve napredne elektroničke uređaje (koji imaju mikroprocesor) ugrađuju senzori, pa čak i u ručne satove i mobilne uređaje. Što se tiče industrijskih rješenja automatskog upravljanja, u njima se već odavno koriste integrirani senzori jer je kod njih zbog potrebe za nadzorom parametara puno ranije dosegnut prag isplativosti. Zapravo se za “ozbiljnu” primjenu više značaja daje pouzdanosti sustava nego njegovoj cijeni.

Literatura

10