Acum sunt descrise câteva alte tipuri de traductoare digitale care sunt utile în mecatronică. În special, sunt descrise traductoarele rectilinii digitale. Aplicațiile obișnuite includ mesele de poziționare x–y, mașini-unelte, actuatoare de supape, capete de citire-scriere în sistemele de unități de disc, manipulatoare robotice (de exemplu, la articulații prismatice) și mâini de robot. Principiile utilizate în traductoarele de mișcare unghiulară descrise în acest capitol pot fi utilizate și pentru măsurarea mișcărilor rectilinii. Tehnicile de achiziție, interpretare, condiționare etc. a semnalului pot găsi similitudini în dispozitivele descrise mai jos cu cele prezentate până acum.

6.14.1 Resolver-e digitale

Resolver-ele digitale sau encoderele cu inducție reciprocă operează oarecum ca niște resolvere analogice folosind principiul inducției reciproce. Ele sunt cunoscute comercial sub numele de Inductosine. Un resolver digital are două discuri orientate față în față (dar nu sunt în contact), unul (statorul) staționat și celălalt (rotorul) cuplat la obiectul în rotație a cărui mișcare este măsurată. Rotorul are o folie fină de conductor electric imprimată pe el, așa cum este arătat schematic în figura 6.53. Modelul tipărit este în formă de „impuls”, spațiat strâns și conectat la o alimentare AC de înaltă-frecvență (purtător) de tensiune vref. Discul stator are două modele tipărite separate, care sunt identice cu modelul rotorului, dar un model de pe stator este decalat cu un sfert de pas (pitch) de celălalt model. Tensiunea primară din circuitul rotorului induce tensiuni în cele două folii secundare (stator) la aceeași frecvență, adică rotorul și statorul sunt cuplate inductiv. Aceste tensiuni induse sunt semnale în „cuadratură”. Pe măsură ce rotorul se învârte, nivelul tensiunii induse se modifică, în funcție de poziția relativă a modelelor de folie pe cele două discuri. Când modelele de impuls ale foliei coincid, tensiunea indusă este maximă (pozitivă sau negativă), iar atunci când modelul foliei rotorului are o decalare de jumătate de pas față de modelul foliei statorului, tensiunea indusă în segmentele adiacente se anulează reciproc, producând un ieșire zero. Tensiunile de ieșire (induse) v1 și v2 în cele două folii ale statorului au o componentă purtătoare la frecvența de alimentare și o componentă de modulare corespunzătoare rotației discului. Aceasta din urmă (componenta de modulare) poate fi extrasă prin demodulare și convertită într-un semnal de impuls adecvat folosind circuite de formare a impulsurilor, ca pentru un encoder incremental. Când viteza de rotire este constantă, cele două componente de modulare sunt periodice și aproape sinusoidale, cu o schimbare de fază de 90° (adică, în cuadratură). Când viteza nu este constantă, lățimea impulsului va varia în timp. Deplasarea unghiulară și viteza unghiulară sunt determinate ca în cazul unui encoder incremental prin numărarea impulsurilor. De la un resolver digital pot fi obținute rezoluții foarte fine (de exemplu, 0,0005°) și, de obicei, nu este necesar să folosiți step-up gearing sau alte tehnici pentru a îmbunătăți rezoluția. Aceste traductoare sunt de obicei mai scumpe decât encoderele optice. Poate fi văzută ca un dezavantaj utilizarea unui inel de alunecare și a unei perii pentru a furniza semnalul purtător.

FIGURA 6.53 Schema unui rezolver digital

6.14.2 Tahomometre digitale

Un traductor generator de impulsuri al cărui tren de impulsuri este sincronizat cu o mișcare mecanică poate fi tratat ca un traductor digital pentru măsurarea mișcării. Numărarea impulsurilor poate fi utilizată pentru măsurarea deplasării, iar viteza impulsului (sau cronometrarea impulsurilor) poate fi utilizată pentru măsurarea vitezei. Conform acestei terminologii, un encoder pentru arbori (în particular, un encoder optic incremental) poate fi considerat ca un tahometru digital. În conformitate cu terminologia populară, însă, un tahometru digital este un dispozitiv care folosește o roată dințată pentru a măsura viteza unghiulară.

În figura 6.54 este prezentată o diagramă schematică a unui tahometru digital. Aceasta este un tahometru cu inducție magnetică, cu impulsuri de tip reluctanță-variabilă. Dinții de pe roată sunt confecționați dintr-un material feromagnetic. Cele două sonde de apropiere cu inducție magnetică (și cu reluctanță variabilă) sunt așezate radial în fața dinților, la un sfert de pitch distanță (pitch = spațiere dintre doi dinți). Când roata dințată se rotește, cele două sonde generează semnale de ieșire care sunt defazate la 90° (adică semnale în cuadratură). Un semnal îl conduce pe celălalt într-o direcție de rotație și rămâne în urma celuilalt în sensul de rotație opus. În acest mod, se obține o citire direcțională (adică, viteză și nu turație). Turația este calculată ca în cazul unui encoder incremental.

FIGURA 6.54 Diagrama schematică a unui tahometru cu impulsuri

Alte tipuri de tahometre digitale folosesc sonde de proximitate cu curent eddy sau sonde capacitive de proximitate. În cazul unui tahometru cu curent eddy, dinții roții de pulsare sunt confecționați din (sau placați cu) materiale conducătoare de electricitate. Sonda constă dintr-o bobină activă conectată la un circuit de punte AC excitată de un semnal de radio-frecvență (în intervalul 1-100 MHz). Câmpul magnetic rezultat (la radio-frecvență) este modulat prin acțiunea de trecere a dinților. Ieșirea punții poate fi demodulată și formată pentru a genera semnalul impuls.

La un tahometru capacitiv, roata dințată formează o placă a condensatorului; cealaltă placă este sonda și este ținută staționară. Pe măsură ce roata se învârte, lățimea interstițiului condensatorului fluctuează. Dacă condensatorul este excitat de o tensiune AC de înaltă-frecvență (de obicei 1 MHz), se obține un semnal modulat aproape pulsat la frecvența purtătoare. Acesta poate fi detectat printr-un circuit punte ca mai înainte (dar folosind o punte de capacitate mai degrabă decât o punte de inductanță).

Avantajele tahometrelor digitale (cu impulsuri) față de encoderele optice includ simplitatea, robustețea, imunitatea la efectele mediului, alte mecanisme comune de declanșare (cu excepția efectelor magnetice) și costuri reduse. Ambele sunt dispozitive fără contact. Dezavantajele unui tahometru cu impulsuri includ rezoluția slabă (determinată de numărul de dinți și dimensiunea [mai mare și mai grea decât encoderele optice]) și erori mecanice datorate încărcării, histerezisului (adică ieșirea nu este simetrică și depinde de direcția de mișcare) și neregularități de fabricație. Încărcarea mecanică nu va fi un factor dacă roata dințată există deja ca parte integrantă a sistemului original care este detectat. Rezoluția (rezoluție digitală) depinde de dimensiunea cuvântului utilizat pentru achiziția de date.

6.14.3 Senzori cu efect-Hall

Considerați un element semiconductor supus unei tensiuni DC vref. Dacă un câmp magnetic este aplicat perpendicular pe direcția acestei tensiuni, o tensiune vo va fi generată în a treia direcție ortogonală în interiorul elementului semiconductor. Acesta este cunoscut sub numele de efect-Hall (observat de E.H. Hall în 1879). În figura 6.55 este arătată o reprezentare schematică a unui senzor cu efect-Hall.

Un senzor cu efect-Hall poate fi utilizat pentru detectarea mișcării în multe moduri - de exemplu, ca un senzor de proximitate analogic, un comutator de limită (digital) sau un encoder de arbore. Deoarece tensiunea de ieșire vo crește pe măsură ce distanța de la sursa magnetică la elementul semiconductor scade, semnalul de ieșire vo poate fi utilizat ca o măsură de proximitate. Acesta este principiul din spatele unui senzor de proximitate analogic. Alternativ, un anumit nivel de prag al tensiunii de ieșire vo poate fi utilizat pentru a genera o ieșire binară, care reprezintă prezența/absența unui obiect. Acest principiu este utilizat într-un comutator de limită digital. Utilizarea unei roți feromagnetice dințate (ca pentru un tahometru digital) pentru a modifica fluxul magnetic va avea ca rezultat un encoder de arbore. Sensibilitatea unui element senzor practic este de ordinul a 10 V/T. Pentru un dispozitiv cu efect-Hall, coeficientul de temperatură al rezistenței este pozitiv, iar coeficientul de temperatură al sensibilității este negativ. Având în vedere aceste proprietăți, poate fi obținută o auto-compensare a temperaturii, ca pentru o marcă tensometrică semiconductoare.

Dispunerea longitudinală a unui senzor de proximitate, în care elementul în mișcare se apropie cu capul spre senzor, nu este adecvată atunci când există pericolul de depășire a țintei, deoarece va deteriora senzorul. O configurație mai de dorit este dispunerea laterală în care elementul în mișcare alunecă prin fața detectoare a senzorului. Sensibilitatea va fi însă mai mică, cu acest aranjament lateral. Relația dintre tensiunea de ieșire vo și distanța x a unui senzor cu efect-Hall, măsurată de la elementul în mișcare, este neliniară. Senzorii cu efect-Hall liniar utilizează calibrarea pentru a-și liniariza ieșirea.

FIGURA 6.55 Reprezentarea schematică a unui senzor cu efect-Hall

Un aranjament practic pentru un senzor de mișcare bazat pe efectul-Hall ar fi ca elementul semiconductor și sursa magnetică să fie fixate unul față de celălalt într-o singură carcasă. Deoarece un element feromagnetic este mișcat în golul de aer dintre sursa magnetică și elementul semiconductor, cuplajul de flux este variat. Tensiunea de ieșire vo este modificată în consecință. Acest aranjament este potrivit atât pentru un senzor de proximitate analogic, cât și pentru un comutator de limită. Folosind o roată dințată feromagnetică ca în figura 6.56 pentru a schimba vo, și apoi prin formarea semnalului rezultat, este posibil să se genereze un tren de impulsuri proporțional cu rotația roții. Aceasta oferă un encoder de arbore sau un tahometru digital. În afară de aplicațiile familiare ale detectării de mișcare, senzorii cu efect-Hall sunt utilizați pentru comutarea electronică a motoarelor DC fără perii (vezi Cap. 7) unde circuitul de câmp al motorului este comutat în mod corespunzător, depinzând de poziția unghiulară a rotorului în raport cu statorul.

FIGURA 6.56 Un encoder de arbore cu efect-Hall sau tahometru digital

Traductoarele de mișcare cu efect-Hall sunt dispozitive rezistente și prezintă multe avantaje. Acestea nu sunt afectate de „efectele de viteză” (în special, tensiunea generată nu este afectată de viteza de variație a câmpului magnetic). De asemenea, performanța lor nu este serios afectată de factorii de mediu obișnuiți, cu excepția câmpurilor magnetice. Sunt senzori fără contact cu avantaje asociate, după cum am menționat anterior. Va fi prezent un anumit histerezis, dar nu este un dezavantaj serios în traductoarele digitale. Sunt disponibile dispozitive cu efect-Hall în miniatură (scara mm).

6.14.4 Encodere liniare

În encoderele rectilinii (denumite popular encodere liniare, unde „liniar” nu implică liniaritate, ci se referă la mișcare rectilinie), sunt utilizate plăci plate dreptunghiulare în mișcare rectilinie, în loc de discuri rotative, cu aceleași tipuri de mecanisme de generare și interpretare a semnalului ca pentru encodere de arbore (rotative). O placă transparentă cu o serie de linii opace dispuse în paralel în direcția transversală formează placa staționară (placa de grătare sau placa de fază) a traductorului. Aceasta se numește placă mască. O a doua placă transparentă, cu un set identic de linii trasate, formează placa în mișcare (sau placa de cod). Liniile de pe ambele plăci sunt distanțate uniform, iar lățimea liniei este egală cu distanța dintre liniile adiacente. O sursă de lumină este plasată pe partea plăcii în mișcare, iar lumina transmisă prin aria comună a celor două plăci este detectată pe cealaltă parte folosind unul sau mai mulți fotosenzori. Când liniile de pe cele două plăci coincid, cantitatea maximă de lumină va trece prin aria comună a celor două plăci. Când liniile de pe o placă cad pe spațiile transparente ale celeilalte plăci, practic nicio lumină nu va trece prin plăci. În consecință, pe măsură ce o placă se mișcă în raport cu cealaltă, este generat de un tren de impulsuri prin fotosenzor și poate fi utilizat pentru a determina deplasarea și viteza rectilinie, ca în cazul unui encoder incremental.

În figura 6.57 este prezentat un aranjament adecvat. Placa de cod este atașată la obiectul în mișcare a cărui mișcare rectilinie trebuie măsurată. O sursă de lumină LED și un senzor de lumină fototranzistor sunt utilizate pentru a detecta impulsurile de mișcare, care pot fi interpretate la fel ca în cazul unui encoder rotativ. Placa de fază este utilizată, la fel ca în cazul unui encoder de arbore, pentru a spori intensitatea și discriminarea semnalului detectat. Pentru a determina direcția de mișcare, ar fi necesare două piste de ferestre în cuadratură (adică, decalaj de 1/4 pitch), așa cum se arată în figura 6.57. O altă pistă de ferestre la 1/2 pitch decalată de pista principală (nu este prezentată în figura 6.57) poate fi utilizată și pe placa de fază pentru a spori și mai mult discriminarea impulsurilor detectate. Mai exact, atunci când senzorul de pe pista principală citește o intensitate ridicată (adică, atunci când ferestrele de pe placa de cod și placa de fază sunt aliniate), senzorul de pe pista aflată la 1/2 pitch distanță va citi o intensitate scăzută (deoarece ferestrele corespunzătoare ale plăcii de fază sunt blocate de regiunile solide ale plăcii de cod).

FIGURA 6.57 Un encoder optic rectiliniu

6.14.5 Senzori de deplasare cu franjuri Moiré

Să presupunem că o bucată de țesătură transparentă este așezată pe alta. Dacă o bucată este deplasată sau deformată în raport cu cealaltă, vom observa diverse schițe de modele (linii) luminoase și întunecate în mișcare. Liniile întunecate de acest tip se numesc franjuri Moiré. De fapt, termenul francez Moiré se referă la o țesătură asemănătoare cu mătase, care produce modele cu franjuri Moiré. Un exemplu de model cu franjuri Moiré este prezentat în figura 6.58. Considerați encoderul rectiliniu, care a fost descris mai sus. Când fantele de ferestre dintr-o placă se suprapun cu fantele de ferestre ale celeilalte plăci, obținem un model alternativ de lumină și întuneric. Acesta este un caz special de franjuri Moiré. Un dispozitiv Moiré de acest tip poate fi utilizat pentru a măsura mișcările corpului rigid ale unei plăci a senzorului față de cealaltă.

Aplicarea tehnicii de franjuri Moiré nu se limitează la detectarea mișcărilor rectilinii. Această tehnologie poate fi utilizată pentru a detecta mișcări unghiulare (rotații) și, în general, deformații distribuite (de exemplu, deformații elastice) ale unei plăci în raport cu cealaltă. Considerați două plăci cu gratii (linii optice) cu pas identic (spațiere) p. Să presupunem că inițial gratiile celor două plăci coincid exact. Acum, dacă o placă este deformată în direcția liniilor de gratii, transmiterea luminii prin cele două plăci nu va fi modificată. Dar, dacă o placă este deformată în direcție perpendiculară pe liniile de gratii, atunci lățimea ferestrei plăcii respective va fi deformată în consecință. În acest caz, în funcție de natura deformării plăcii, unele linii transparente ale unei plăci vor fi complet acoperite de liniile opace ale celeilalte plăci, iar alte alte linii transparente ale primei plăci vor avea linii transparente coincidente pe a doua placă. Astfel, imaginea observată va avea linii întunecate (franjuri Moiré) corespunzătoare regiunilor cu suprapuneri clare/opace ale celor două plăci și linii luminoase corespunzătoare regiunilor cu suprapuneri clare/clare ale celor două plăci. Modelul cu franjuri Moiré rezultat va oferi modelul de deformare al unei plăci în raport cu cealaltă. Astfel de modele cu franjuri 2D pot fi detectate și observate prin șiruri de senzori optici (de exemplu, folosind un CCD) și prin mijloace fotografice. În special, deoarece „prezența” unei franjuri este informația binară, tehnici binare de detectare optică (ca în cazul encoderelor optice) și tehnici de imagistică digitală pot fi utilizate cu aceste traductoare. În consecință, aceste dispozitive pot fi clasificate ca traductoare digitale. Prin tehnica cu franjuri Moiré, se pot realiza rezoluții foarte mici (de exemplu, 0,002 mm), deoarece se pot utiliza spațieri mai fine de linie (împreună cu senzori de lumină mai largi).

FIGURA 6.58 Un model cu franjuri Moiré

Pentru a înțelege și analiza în continuare fundamentele tehnologiei cu franjuri Moiré, considerați două plăci de gratii cu un pitch p de linie identic (distanțare între ferestre). Să presupunem că o placă este fixată. Aceasta este placa de gratii principală (sau gratii de referință). Cealaltă placă (care este placa care conține gratii de indici sau gratii de model) este așezată peste placa fixă ​​și rotită astfel încât gratiile index să formeze un unghi α cu gratiile principale, așa cum se arată în figura 6.59. Liniile prezentate sunt de fapt regiuni opace, care sunt identice ca mărime și distanțare la ferestrele dintre regiunile opace. O sursă de lumină uniformă este plasată pe o parte a perechii suprapuse de plăci și lumina transmisă prin ele este observată pe cealaltă parte. Ca urmare, se văd benzile întunecate numite franjuri Moiré, așa cum se arată în figura 6.59. O franjură Moiré corespunde liniei care unește o serie de puncte de intersecție a liniilor opace ale celor două plăci, deoarece nici o lumină nu poate trece prin astfel de puncte. Aceasta este arătată mai departe în figura 6.60. Rețineți că în prezentul aranjament, pasul de linie al celor două plăci este identic și egal cu p. O linie de franjuri formată este prezentată ca linia spartă în figura 6.60. Întrucât modelul de linie în cele două plăci este identic, prin simetria aranjamentului, linia de franjuri taie în două unghiul obtuz (π - α) format de intersecția liniile opace. Cu alte cuvinte, o linie de franjuri face un unghi de (π - α)/2 cu gratiile fixe. Mai mult, se vede că separarea verticală (sau separarea în direcția gratiilor fixe) a franjurilor Moiré este p/tan α.

FIGURA 6.59 Formarea franjurilor Moiré

În rezumat, rotația plăcii index în raport cu placa de referință poate fi măsurată prin detectarea orientării liniilor de franjuri în raport cu gratiile fixe (principale sau de referință). Mai mult, perioada liniilor de franjuri în direcția gratiilor de referință este p/tan α și atunci când placa index este deplasată rectiliniu pe o distanță de un pas de gratii, franjurile se deplasează, de asemenea, vertical prin perioada sa de p/tan α (vezi Figura 6.60). Atunci este clar că deplasarea rectilinie a plăcii index poate fi măsurată prin detectarea distanței dintre franjuri. Într-un model 2D de franjuri Moiré, aceste fapte pot fi utilizate ca informații locale în ordine...

FIGURA 6.60 Orientarea franjurilor Moiré

Exemplul 6.9

Să presupunem că fiecare placă a unui senzor de deformare cu franjuri Moiré are un pas de linie de 0,01 mm. O sarcină de tracțiune este aplicată pe o placă în direcția perpendiculară pe linii. Cinci franjuri Moiré sunt observate în 10 cm din imaginea Moiré sub tensiune. Care este deformația de tracțiune din placă?

Soluţie

În fiecare 10/5 = 2 cm din placă există un franj Moiré. Prin urmare, extensia unei porțiuni de 2 cm a plăcii = 0,01 mm și

deformația de tracțiune = 0,01 mm/(2 × 10 mm) = 0,0005 ε = 500 με

În acest exemplu, am presupus că distribuția (sau deformarea) deformației plăcii este uniformă. În distribuțiile deformațiilor neuniforme, modelul observat de franjuri Moiré nu va fi, în general, linii drepte paralele, ci mai degrabă forme complexe.

6.14.6 Traductoare binare

Traductoarele binare digitale sunt senzori cu două stări. Informația furnizate de un astfel de dispozitiv are doar două stări (ON/OFF, prezent/absent, go/no-go, etc.); ea poate fi reprezentată printr-un bit. De exemplu, întrerupătoarele de limită sunt senzori folosiți pentru a detecta dacă un obiect a atins limita (sau destinația) de mișcare mecanică și sunt utile în detectarea prezenței/absenței și în numărarea obiectelor. În acest sens, un comutator de limită este considerat un traductor digital. Dacă este necesară și direcția de contact, este necesară o logică suplimentară. Întrerupătoarele de limitare sunt disponibile atât pentru mișcări rectilinii cât și pentru unghiulare. O limită a unei mișcări poate fi detectată prin mijloace mecanice folosind un mecanism de contact simplu pentru a închide un circuit sau a declanșa un impuls. Deși un dispozitiv pur mecanic format din legături, angrenaje, roți cu clichet, opritoare, ș.a.m.d. pot servi ca întrerupătoare de limită, sunt preferate, uzual, întrerupătoare electronice și solid-state pentru rațiuni ca acuratețe, durabilitate, forță de activare mică (practic zero), costuri reduse și dimensiuni mici. Orice senzor de proximitate poate servi ca element detector al unui întrerupător de limită pentru a detecta prezența unui obiect. Semnalul senzorului de proximitate este apoi utilizat într-o manieră dorită, de exemplu, pentru a activa un contor, un comutator mecanic sau un circuit releu sau pur și simplu ca o intrare la un controller digital. Un microswitch este un comutator solid-state care poate fi utilizat ca întrerupător de limită. Micro-comutatoarele sunt utilizate în mod obișnuit în operațiunile de numărare, de exemplu, pentru a păstra o cantitate de produse finalizate într-un depozit din fabrică.

Există multe tipuri de traductoare binare care sunt aplicabile în detectarea și numărarea obiectelor. Acestea includ următoarele:

1. Comutatoare electromecanice
2. Dispozitive fotoelectrice
3. Dispozitive magnetice (efect-Hall, curent eddy)
4. Dispozitive capacitive
5. Dispozitive ultrasonice

Un comutator electromecanic este un comutator electric activat mecanic. Contactul cu un obiect sosit comută ON comutatorul, completând astfel un circuit și furnizând un semnal electric. Acest semnal oferă starea „prezentă” a obiectului. Când obiectul este eliminat, contactul se pierde și comutatorul este comutat OFF. Aceasta corespunde stării „absente”.

În celelalte patru tipuri de traductoare binare enumerate mai sus, un semnal (fascicul luminos, câmp magnetic, câmp electric sau undă ultrasonică) este generat de o sursă (emițător) și este primit de un receptor. Un obiect în trecere întrerupe semnalul. Acest eveniment poate fi detectat prin mijloace uzuale folosind semnalul primit la receptor. În particular, nivelul de semnal, un front în creștere sau un front în cădere pot fi utilizate pentru a detecta evenimentul. Următoarele trei aranjamente ale perechii emițător-receptor sunt comune:

1. Configurație printre (opusă)
2. Configurație reflectivă (reflexie)
3. Configurația difuză (de proximitate, interceptivă)

În configurația printre (figura 6.61a), receptorul este plasat direct în fața emițătorului. În configurația reflectivă, perechea emițător-sursă este localizată într-o singură carcasă. Semnalul emis este reflectat de un reflector, care este așezat în fața pachetului emițător-receptor (figura 6.61b). De asemenea, în configurația difuză, perechea emițător-reflector se află într-o singură carcasă. În acest caz, un senzor de proximitate convențional poate servi scopul de a detecta prezența unui obiect (figura 6.61c) prin utilizarea semnalului difuzat din obiectul interceptant. Când se utilizează metoda fotoelectrică, un LED poate servi ca emițător și un fototranzistor poate servi ca receptor. Ledurile cu infraroșii sunt emițătoare preferate pentru fototranzistoare, deoarece răspunsurile lor spectrale de vârf se potrivesc.

FIGURA 6.61 Configurații ale traductorului cu două stări:
(a) Printre (opus); (b) reflectiv (reflexie); (c) interceptiv (proximitate)

Mulți factori guvernează performanța unui traductor digital pentru detectarea obiectelor. Acestea includ următoarele:

1. Gama de detectare (distanța de operare între senzor și obiect)
2. Timp de răspuns
3. Sensibilitate
4. Linearitate
5. Mărimea și forma obiectului
6. Materialul obiectului (de exemplu, culoarea, reflectanța, permeabilitatea, permitivitatea)
7. Orientare și aliniere (axă optică, reflector, obiect)
8. Condiții de mediu (lumină, praf, umiditate, câmp magnetic etc.)
9. Considerații privind condiționarea semnalului (modulare, demodulare, formare etc.)
10. Fiabilitate, robustețe și durată de viață a proiectării

Exemplul 6.10

Timpul de răspuns al unui traductor binar pentru numărarea obiectelor este cel mai rapid (cel mai scurt) timp de care traductorul are nevoie să detecteze o stare absentă-prezentă sau o stare prezentă-absentă și să genereze semnalul de numărare (să zicem, un impuls). Considerați procesul de numărare a pachetelor pe un transportor. Să presupunem că, de regulă, pe transportor sunt plasate pachete cu lungimea de 20 cm la distanță de 15 cm. Pentru a număra pachetele este utilizat un traductor cu timp de răspuns 10 ms. Estimați viteza maximă de operare admisă a transportorului.

Soluţie

Dacă viteza transportorului este v cm/ms, atunci

Timpul de prezență pachet = 20,0/v (ms)
Timpul de absență pachet = 15,0/v (ms)

Trebuie să avem un timp de răspuns al traductorului de cel puțin 15,0/v (ms). Prin urmare, 10,0 ≤ 15,0/v sau v ≤ 1,5 cm/ms

Viteza maximă de operare admisă este de 1,5 cm/ms sau 15,0 m/s. Aceasta corespunde unei rate de numărare de 1,5/(20,0+15,0) pachete/ms sau aproximativ 43 pachete/s.

6.14.7 Alte tipuri de senzori

Există multe alte tipuri de senzori și traductoare, care nu pot fi discutați aici din cauza spațiului limitat. Dar, principiile și tehnicile prezentate în acest capitol pot fi extinse la multe dintre aceste dispozitive. O arie în care se utilizează o mare varietate de senzori este automatizarea din fabrică. Aici, în aplicațiile de fabricație automată și robotică, este important să utilizați senzori adecvați pentru operații și nevoi specifice. De exemplu, pot fi folosiți senzori chimici, senzori și sisteme de vedere bazate pe cameră și detectoare de mișcare cu ultrasunete pentru evaluarea calității produselor, controlul și cerințele de siguranță umană. În monitorizare și diagnosticul mașinii pot fi utilizate detectarea de mișcare și forță, linie electrică, resturi, sunet, vibrații, temperatură, presiune, debit și nivel de lichid. Detectarea mișcării, forței, cuplului, curentului, tensiunii, debitului și presiunii sunt importante în controlul mașinii. Vederea, mișcarea, proximitatea, tactilul, forța, cuplul, detectarea de presiune și reglajul dimensional sunt utile în monitorizarea și controlul sarcinilor.

Se pot identifica mai multe domenii în care se realizează noi dezvoltări și inovații în tehnologia senzorilor:

1. Senzori microminiatură (MEMS și nano): (bazat pe IC cu procesare de semnal integrată)

2. Senzori inteligenți: (raționament încorporat sau preprocesare de informații pentru a oferi cunoștințe de nivel înalt și capacitate de luare a deciziilor)

3. Senzori integrați și distribuiți: (senzorii sunt integrați cu componente și agenți, care comunică între ei într-un sistem multi-agent general)

4. Arhitecturi senzoriale ierarhice: (informațiile senzoriale de nivel scăzut sunt preprocesate pentru a se potrivi cerințelor de nivel superior)

Aceste patru domenii de activitate sunt, de asemenea, reprezentative pentru tendințele viitoare în dezvoltarea tehnologiei de senzori. În secțiunea finală, vom oferi o introducere a senzorilor de imagine bazați pe camere.

6.15 Senzori de imagine