Cảm biến, cấu tạo và các loại cảm biến
Điện tử

Cảm biến, cấu tạo và các loại cảm biến

Một cảm biến là một thiết bị biến đổi trạng thái của một quan sát đại lượng vật lý vào một số lượng sử dụng, chẳng hạn như một điện áp điện , một chiều cao của thủy ngân, một cường độ hoặc độ lệch của một cây kim. Chúng ta thường (sai) nhầm lẫn cảm biến và bộ chuyển đổi  : các cảm biến được ít nhất tạo thành một bộ chuyển đổi .

Cảm biến khác với công cụ đo bởi nó chỉ là một giao diện đơn giản giữa một quá trình vật lý và thông tin có thể thao tác được. Ngược lại, phương tiện đo là thiết bị độc lập tự cung cấp, có màn hình hiển thị hoặc hệ thống lưu trữ dữ liệu. Cảm biến không có nó.

Cảm biến là khối xây dựng cơ bản của hệ thống thu thập dữ liệu . Việc thực hiện của họ là trong lĩnh vực thiết bị đo đạc .

Phân loại

Năng lượng tiêu thụ

Cảm biến thụ động

Họ cần trong hầu hết các trường hợp năng lượng bên ngoài để hoạt động ( ví  dụ. Thermistor , photoresistor , chiết , gauge của extensometry gọi là máy đo sức căng ). Đây là những cảm biến có thể được mô hình hóa bởi một trở kháng . Một biến thể của hiện tượng vật lý được nghiên cứu (đo lường) tạo ra một sự thay đổi của trở kháng. Điện áp phải được áp dụng cho chúng để thu được tín hiệu đầu ra.

Cảm biến hoạt động

Chúng ta nói về cảm biến hoạt động khi hiện tượng vật lý được sử dụng để xác định đại lượng đo tác động trực tiếp đến sự biến đổi thành đại lượng điện. Chính quy luật vật lý liên kết phép đo và lượng điện đầu ra.

Một cảm biến hoạt động thường hoạt động như một động cơ điện và trong trường hợp này, số lượng đầu ra là một sự khác biệt tiềm năng.

Số lượng các quy luật vật lý cho phép biến đổi như vậy rõ ràng là có giới hạn, do đó người ta có thể dễ dàng xác định các cảm biến đang hoạt động (trong đó số lượng là hữu hạn). Tuy nhiên, các lĩnh vực ứng dụng rất rộng rãi.

Loại đầu ra

Bộ thu gom và bộ điều hòa của chúng cũng có thể được phân loại theo loại đầu ra:

Cảm biến tương tự

Đầu ra là một đại lượng điện có giá trị là một hàm của đại lượng vật lý được đo bởi cảm biến. Đầu ra có thể nhận giá trị liên tục vô hạn . Tín hiệu từ các cảm biến tương tự có thể thuộc loại:

  • đầu ra điện áp  ;
  • sản lượng dòng điện  ;
  • thước chia độ, mặt số, thước đo (bằng kim hoặc dung dịch);
  • Vân vân.

Một số cảm biến analog điển hình:

  • cảm biến đo biến dạng  ;
  • LVDT  ;
  • cặp nhiệt điện .

Cảm biến kỹ thuật số

Đầu ra là một chuỗi các trạng thái logic, theo sau nhau, tạo thành một số. Đầu ra có thể nhận một số lượng lớn các giá trị rời rạc . Tín hiệu từ các cảm biến kỹ thuật số có thể thuộc loại:

  • tàu xung, với một số xung cụ thể hoặc với một tần số cụ thể;
  • mã số nhị phân;
  • xe buýt dã chiến  ;
  • Vân vân.

Một số cảm biến kỹ thuật số tiêu biểu:

  • bộ mã hóa vòng quay gia tăng;
  • bộ mã hóa tham chiếu AA34.

Cảm biến logic

Hoặc các cảm biến kỹ thuật số . Đầu ra là một trạng thái logic được ký hiệu bằng 1 hoặc 0. Đầu ra có thể nhận hai giá trị này. Đặc biệt có 4 loại cảm biến logic:

  • dòng điện / vắng mặt trong một mạch;
  • thế , thường là 5  V / 0  V  ;
  • Đèn LED bật / tắt;
  • tín hiệu khí nén (áp suất thường / áp suất cao);
  • Vân vân.

Một số cảm biến logic điển hình:

  • công tắc hành trình;
  • cảm biến để phá vỡ một chùm ánh sáng;
  • các cảm biến vị trí khác nhau .

Loại phát hiện

  • Phát hiện tiếp xúc (cảm biến phải tiếp xúc vật lý với một hiện tượng để phát hiện nó).
  • Phát hiện không tiếp xúc (cảm biến phát hiện hiện tượng gần nó).

Đặc điểm

Một cảm biến được đặc trưng theo một số tiêu chí , trong đó phổ biến nhất là:

  • Chức năng
  • dải đo của nó (dải đo );
  • Độ nhạy ;
  • độ phân giải của nó  ;
  • độ chính xác của nó  ;
  • khả năng tái tạo của nó  ;
  • tính tuyến tính của nó  ;
  • thời gian phản hồi của nó;
  • băng thông của nó  ;
  • độ trễ của nó  ;
  • phạm vi nhiệt độ hoạt động của nó .

Để sử dụng cảm biến trong các điều kiện tốt nhất, thường hữu ích là thực hiện hiệu chuẩn và biết độ không đảm bảo đo liên quan đến cảm biến đó.

Cảm biến tiếp thu và mở rộng

Trong robot di động, điều quan trọng là phải phân biệt giữa các cảm biến cảm thụ , thực hiện các phép đo của chúng liên quan đến những gì chúng cảm nhận cục bộ về chuyển động của robot, hoặc cảm biến mở rộng , dựa trên các phép đo được thực hiện liên quan đến môi trường toàn cầu của nó (điểm chuẩn tuyệt đối). Ví dụ, các cảm biến đo chuyển động góc của các bánh xe của robot sẽ có thể tái tạo lại quỹ đạo của nó với điều kiện là các bánh xe không bị trượt (trượt, trượt). Chúng là các cảm biến chủ động. Mặt khác, vị trí đặt bởi một tháp đèn laser quang học cố định trong môi trường chuyển động của robot cho phép đo lường tuyệt đối. Sau đó chúng tôi nói về một cảm biến mở rộng.

Cảm biến thông minh

Những năm cuối cùng của xx thứ  thế kỷ xuất hiện các khái niệm về các cảm biến thông minh.

Ngoài khả năng đo lường một đại lượng vật lý, chúng còn có các tính năng khác, sau đây là danh sách chưa đầy đủ:

  • các chức năng xử lý tín hiệu có thể cấu hình ( bộ lọc , lợi ích,  v.v. );
  • chức năng tự kiểm tra và tự kiểm tra;
  • hiệu chuẩn tự động;
  • đầu ra trên xe buýt trường .

Các nguyên tắc vật lý phổ biến được khai thác bởi cảm biến

  • Sự biến đổi công suất .
  • Độ tự cảm biến thiên .
  • Kháng biến .
  • Hiệu ứng hội trường .
  • Cảm ứng .
  • Hiệu ứng Faraday .
  • Hiệu ứng quang điện .
  • Sự giãn nở , biến dạng .
  • Tính áp điện .
  • Hiệu ứng Doppler .
  • Nguyên lý của dây dao động .
  • Hiệu ứng nhiệt điện hoặc hiệu ứng Seebeck .

Cảm biến điều tra dân số đo số lượng vật lý 

Góc

Việc dịch kỹ thuật số trực tiếp theo góc của trục quay là một lợi thế lớn trong các hệ thống làm việc với các tín hiệu số hóa. Nó tiết kiệm thời gian (vì không có sự điều chỉnh của tín hiệu tương tự và tiết kiệm chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số) và đặc biệt là độ chính xác. Bộ mã hóa vòng quay là một cảm biến vị trí góc được liên kết cơ học với trục quay của hệ thống mà chúng ta đang làm việc.

Nguyên lý hoạt động:

  • ổ đĩa bao gồm một loạt các bộ phận mờ và cửa sổ trong suốt.

Các bộ phận này xác định hai mức logic, ánh sáng phát ra từ điốt phát quang hoặc điốt laze được hội tụ qua từng rãnh trên một phototransistor đối diện với nó.

  • Giao diện điện tử, bao gồm trong bộ mã hóa, xử lý tín hiệu nhận được bởi phototransistor và chuyển nó thành tín hiệu hình chữ nhật (= tín hiệu đầu ra bộ mã hóa).

Có hai loại bộ mã hóa vị trí quay chính:

  • bộ mã hóa gia tăng tương đối;
  • bộ mã hóa tuyệt đối.

Ràng buộc

  • dây rung
  • áp điện
  • máy đo biến dạng ( máy đo biến dạng )
  • đệm từ tính

Dòng điện

  • Cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall
  • shunt
  • fluxgate
  • Cảm biến dòng điện hiệu ứng Néel

Từ trường

Cảm biến từ trường (hay cảm biến từ) là phần tử cơ bản (phần tử nhạy cảm) của từ kế . Có nhiều loại:

  • Cảm biến từ trường hiệu ứng Hall  ;
  • cảm biến từ sử dụng hiệu ứng Faraday  ;
  • thông lượng;
  • lưu lượng kế  ;
  • từ trở  :
    • từ trở dị hướng (hoặc AMR ),
    • từ trở khổng lồ (hoặc GMR ),
    • từ trở đường hầm (hoặc TMR );
  • từ trở kháng khổng lồ (hoặc GMI ).

Nợ

  • đồng hồ đo lưu lượng tuabin
  • bánh xe hình bầu dục
  • tấm lỗ
  • ống Pitot
  • đồng hồ đo lưu lượng xoáy
  • lưu lượng kế điện từ
  • Lưu lượng kế Venturi
  • lưu lượng kế siêu âm
  • máy đo lưu lượng ion
  • thiết bị đo lưu lượng

Chuyển vị

Xem Cảm biến dịch chuyển .

Khoảng cách

  • quy nạp
    • biến thể miễn cưỡng
    • dòng điện xoáy
  • điện dung
  • quang học
    • cảm biến không có nền
    • đồng tiêu màu
    • tam giác
    • sự phản chiếu
    • lidar
    • Tầm nhìn âm thanh stereo
  • siêu âm
  • lò vi sóng

Lực lượng

Xem Bộ chuyển đổi lực .

Quán tính

  • gia tốc kế
  • máy đo độ nghiêng
  • con quay hồi chuyển
  • con quay hồi chuyển

Ánh sáng

  • photodiode hoặc phototransistor
  • cảm biến chụp ảnh
  • tế bào quang điện

Mức độ

  • đến áp suất chênh lệch
  • để thăm dò điện dung
  • đến ống mô-men xoắn
  • với float (ví dụ mức lê )
  • trong tia gamma
  • trong siêu âm
  • bằng radar

Chức vụ

  • chuột (máy tính)
  • cảm biến tiệm cận
  • mã hoá
  • máy dò chuyển động
  • LVDT và RVDT
  • dây rung
  • chuyển đổi vị trí
  • dừng máy

Áp lực

Xem Đầu dò áp suất .

  • Bourdon ống
  • nang tuyến giáp
  • áp điện
  • dây rung
  • Áp kế
  • người cao hơn

Của anh ấy

  • cái mic cờ rô
  • micro nhạc cụ
  • bán tải từ cho guitar điện
  • hydrophone

Nhiệt độ

  • nhiệt kế
  • nhiệt kế điện trở bạch kim , thường được sử dụng lên đến 400  ° C  Đầu dò 1 : Pt 100…

Các đặc tính của chúng được chỉ ra bởi tiêu chuẩn NF EN 60751.

  • cặp nhiệt điện , hay còn gọi là cặp nhiệt điện, thường được sử dụng vượt quá 400  ° C . Các loại sau đây là loại được sử dụng phổ biến nhất 1  :
    • T: đồng / đồng- niken  ;
    • J: sắt / đồng-niken;
    • K: niken- crom / niken- nhôm  ;
    • N: Nicrosil / Nisil .

Các đặc tính của chúng được chỉ ra bởi tiêu chuẩn NF EN 60584-1 và NF EN 61515.

  • nhiệt kế hồng ngoại hoặc hỏa kế
  • nhiệt điện trở

Ví dụ về việc sử dụng

Lên tàu Cảm biến mức

Trong quá trình vận chuyển, bốc dỡ, dỡ hàng hoặc để lưu trữ trong các két, chấn lưu hoặc hầm chứa của tàu, điều quan trọng là phải biết tình trạng chất đầy của chúng. Thông tin này có thể được truyền đạt liên tục hoặc bằng cách phát hiện các ngưỡng (mức: thấp, cao, rất cao).

Đo lường liên tục

Một cảm biến mức được đặt trên bể chứa mà chúng tôi muốn biết. Nó cung cấp một tín hiệu có biên độ hoặc tần số là một hàm trực tiếp của mức bể. Do đó, có thể biết bất kỳ lúc nào mức đầy của bể hoặc thể tích vẫn còn.

Phát hiện ngưỡng

Một số cảm biến được đặt trên bể để đo. Các cảm biến này cung cấp thông tin nhị phân cho biết mức đã đạt được hay chưa. Phát hiện này có thể được sử dụng để dừng hoặc khởi động máy bơm. Mức cao giúp bể không bị tràn và mức thấp đảm bảo lượng dự trữ tối thiểu.

Các loại cảm biến khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào bản chất của sản phẩm. Chúng tôi sử dụng các đặc tính vật lý và hóa học, độ nhớt, nếu chúng tôi muốn đo lường theo ngưỡng hoặc liên tục.

Phương pháp thủy tĩnh 

Cảm biến cung cấp thông tin liên tục trực tiếp dưới dạng hàm của chiều cao của chất lỏng trong bình chứa.

Phương pháp điện

Tính chất dẫn điện của chất lỏng được sử dụng. Bạn phải chú ý đến sự ăn mòn và phân cực của các đầu dò vì chúng bị dòng điện chạy qua. Phương pháp này đôi khi có thể được sử dụng cho chất rắn.

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]