Spis treści:
- 1 Czujniki analogowe w technice pomiarowej
- 2 Czujniki analogowe - pośrednicząc między światem rzeczywistym a dyskretnym…
- 3 Czym są czujniki analogowe?
- 4 Przykładowe czujniki analogowe
- 5 Czujniki analogowe - akcelerometry
- 6 Czujniki analogowe - fotosensory
- 7 Czujniki analogowe - sonometry
- 8 Czujniki analogowe do pomiaru temperatury
- 9 Inne zastosowania czujników analogowych
- 10 Czujniki analogowe - czym jest sygnał analogowy?
Pomiar rzeczywistych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych jest możliwy w dużej mierze dzięki zastosowaniu czujników analogowych.
Czujniki analogowe w technice pomiarowej
W tym artykule przedstawiono najważniejsze informacje dotyczące czujników analogowych wraz z kilkoma praktycznymi przykładami takich elementów.
Czujniki analogowe - pośrednicząc między światem rzeczywistym a dyskretnym…
Patrząc na współczesne dokonania szeroko rozumianej elektroniki, możemy odnieść wrażenie, że żyjemy w gruntownie scyfryzowanym świecie. Okazuje się, że pomimo swoich licznych zalet, technika cyfrowa pod pewnymi względami jeszcze nie jest w stanie dorównać technice analogowej. W wielu przypadkach pomagają nam czujniki analogowe. Możemy je znaleźć m.in. w telefonach komórkowych, przyrządach i systemach pomiarowych, a także systemach bezpieczeństwa. Ogólnie rzecz biorąc, czujnik jest elementem, który mierzy zmiany zachodzące w parametrach, takich jak wilgotność, ciśnienie, temperatura i inne rzeczywiste wielkości mierzalne i wysyła dane wyjściowe do mikrokontrolera lub mikroprocesora. Wielkość mierzona przez czujnik analogowy jest typowo zamieniana na sygnał napięciowy, który, aby został odczytany przez mikrokontroler, musi zostać zamieniony na postać cyfrową, co zwykle wykonuje przetwornik analogowo-cyfrowy – układ peryferyjny będący na wyposażeniu większości mikrokontrolerów.
Czym są czujniki analogowe?
Czujniki analogowe to przyrządy, które wytwarzają na wyjściu sygnał analogowy proporcjonalny do mierzonej wielkości. Czujniki te obserwują również zmianę czynników zewnętrznych, takich jak natężenie światła, prędkość wiatru, promieniowanie słoneczne i inne. Napięcie wyjściowe waha się zwykle od 0 do 5V. Tutaj stan logiczny wysoki odpowiada poziomowi napięcia od 3 do 5V, a stan logiczny niski odpowiada poziomowi napięcia od 0 do 2V. Na przykład zakres temperatur cieczy może być zmierzony za pomocą termopary lub termometru, który stale reaguje na zmianę temperatury, gdy ciecz jest chłodzona lub podgrzewana.
Przykładowe czujniki analogowe
Czujniki analogowe dzielą się na wiele typów i są to m.in.:
Czujniki analogowe - akcelerometry
Sama nazwa wskazuje, że jest to rodzaj czujników analogowych, w których można je wykorzystać do wykrywania zmian przyspieszenia przyłożonego do czujnika. Przyspieszenie odpowiada również zmianie wartości prędkości, wibracji, pozycji i kąta nachylenia poprzez wykrywanie ruchu. Takie akcelerometry dostarczają dwa rodzaje danych, tj. siłę statyczną wywierana na czujnik z powodu grawitacji, która powoduje poznanie zmiany orientacji oraz siłę wywieraną na czujnik, która powoduje zmianę ruchu. Najważniejszą korzyścią z wdrożenia czujnika akcelerometru jest biometria. Ogólne zastosowanie czujników akcelerometru dotyczy ruchu wibracyjnego i zmian orientacji ekranu, zaś wadą tych urządzeń są różnice między specyfikacjami, w zależności od producenta.
Czujniki analogowe - fotosensory
Są to czujniki fotoelektryczne, w których wykryta energia świetlna jest zamieniana na energię elektryczną, co oznacza, że fotony są przekształcane w elektrony. Czujniki światła są głównie pomocne w wykrywaniu i reagowaniu na różne poziomy światła, takie jak w maszynach, przełącznikach i innych urządzeniach. Są one dalej klasyfikowane w zależności od zebranego prądu lub napięcia podtrzymania w oparciu o poziomy światła. Przeważnie czujniki światła są zaimplementowane dla inteligencji robotów i świateł ruchu. Nawet te urządzenia mają zdolność wykrywania promieni świetlnych niewidocznych dla ludzi, takich jak promienie UV, podczerwień i promieniowanie rentgenowskie.
Do najczęściej spotykanych fotosensorów zaliczamy:
- czujniki fotowoltaiczne (PV) – są one również określane jako ogniwa słoneczne. Czujniki te reagują na natężenie światła, generując napięcie lub prąd i przechowując je w ogniwach krzemowych do dalszego użytku. Są one minimalne i wytwarzają tylko minimalną moc, a dla wysokich prądów będą dostępne jako panele fotowoltaiczne do montażu na elewacji budynku
- czujniki fotorezystancyjne (LDR) — ten typ czujnika światła jest używany głównie do celów pomiarowych i reagowania na poziomy światła. Działają jako automatyczne przełączniki dla różnych urządzeń. Urządzenia te podlegają klasyfikacji fotorezystorów, ponieważ ich wartość rezystancji wzrasta wraz ze wzrostem poziomu światła.
- fotodiody – Urządzenia takie jak piloty, kamery i rejestratory wideo wykorzystują fotodiody do identyfikacji poziomów światła. To urządzenie działa w odpowiedzi na różne poziomy podczerwieni i działa jak przełączniki. Ogólnie rzecz biorąc, nawet przy minimalnych zmianach światła urządzenia te dostarczają minimalny prąd.
- czujniki zbliżeniowe – W zależności od zmian światła podczerwonego czujniki zbliżeniowe wykrywają bliskość innego przedmiotu lub wykrywają ruch. Są one pomocne w zrobotyzowanych maszynach do przechodzenia przez przeszkody i trzymania się z dala od uderzeń obiektów.
Czujniki analogowe - sonometry
Czujniki dźwięku są uważane za moduły do wykrywania fal dźwiękowych na podstawie natężenia i przekształcania ich na sygnały elektryczne. Oznacza to, że poziomy amplitudy fali dźwiękowej są przekształcane na napięcie elektryczne. Czujniki dźwięku znajdują zastosowanie w aplikacjach alarmów drzwiowych, systemów muzycznych, alarmów antywłamaniowych, komputerów i wielu innych.
Czujniki ciśnienia to urządzenia służące do pomiaru poziomu ciśnienia cieczy lub gazów. To urządzenie jest nawet wykorzystywane do pomiaru kilku innych parametrów, takich jak wysokość, przepływ gazu lub cieczy oraz poziom wody. Czujniki ciśnienia są również określane jako piezometry, przetworniki ciśnienia, wskaźniki ciśnienia i manometry. Niewiele czujników ciśnienia działało również jako przełączniki ciśnienia, które włączają się lub wyłączają dla odpowiednich poziomów ciśnienia. Na przykład pompa wodna może być obsługiwana przez przełącznik ciśnieniowy w taki sposób, że gdy przełącznik jest w stanie „ON”, woda zostanie uwolniona, zmniejszając w ten sposób poziomy ciśnienia w zbiorniku. Zaliczamy do nich przede wszystkim czujniki ciśnienia bezwzględnego i czujniki różnicy ciśnień.
Czujniki analogowe do pomiaru temperatury
Czujniki te dostarczają analogowe sygnały napięciowe lub prądowe liniowo do poziomów temperatury. Korzystanie z tych urządzeń jest tak proste i nie wymaga konstruowania skomplikowanych obwodów. Dokładność wyjścia waha się od +10° C do -10° C. Są one również nazywane termistorami. Wraz ze wzrostem tempa wzrostu zwiększa się również wartość rezystancji elektrycznej. W ten sam sposób, jeśli szybkość temperatury zostanie zmniejszona, wówczas wartość rezystancji spada. Ponadto niskie zużycie energii przez te analogowe czujniki temperatury zmniejsza zużycie energii systemu, samonagrzewanie, a nawet konstrukcja jest tak prosta.
Inne zastosowania czujników analogowych
Ponieważ istnieją różne klasyfikacje w czujnikach analogowych, istnieje szeroki zakres zastosowań w wielu branżach tych urządzeń. Niektóre z aplikacji to:
- czujniki parkowania
- telefony komórkowe
- produkcja przemysłowa zautomatyzowana
- roboty
Czujniki analogowe - czym jest sygnał analogowy?
Sygnał analogowy generalnie odpowiada liniowości i jest sygnałem elektrycznym (np. prądem lub napięciem), który zmienia się w czasie w sposób ciągły. Systemy analogowe są wykorzystywane, gdy poziomy wyjściowe prądu lub napięcia muszą być proporcjonalne do wartości wejściowych. W odróżnieniu od sygnałów cyfrowych sygnały analogowe mają mniej zniekształceń i mniej szumów kwantyzacji, a także dużą wydajność nawet w warunkach dużego obciążenia. Ponadto, w naturalnie wytworzony sygnale analogowym, nie występuje zjawisko aliasingu wynikającego z kopiowania widma w procesie cyfrowego przetwarzania sygnałów. Natomiast czujniki analogowe nie muszą być wykorzystywane tylko przy pomiarach z wykorzystaniem techniki cyfrowej. Mogą one także służyć do załączania i wyłączania określonych obwodów elektrycznych, np. urządzeń wentylacyjnych, klimatyzacyjnych i grzewczych. Docelowe zastosowanie czujnika zależy przede wszystkim od specyfikacji technicznej konkretnej aplikacji.
