Ο βιομηχανικός αυτοματισμός αναπτύσσεται όλο και πιο γρήγορα και το Industry 4.0 είναι ο στόχος του βιομηχανικού αυτοματισμού σε αυτό το στάδιο. Για τον βιομηχανικό αυτοματισμό, αν και όλοι έχουν ακούσει, αλλά δεν είναι όλοι πολύ εξοικειωμένοι με τον βιομηχανικό αυτοματισμό. Προκειμένου να βελτιωθεί η κατανόησή σας για τον βιομηχανικό αυτοματισμό, αυτό το άρθρο θα παρουσιάσει αισθητήρες, ένα βασικό συστατικό του βιομηχανικού αυτοματισμού. Μέσα από αυτό το άρθρο, θα καταλάβετε πώς ο αισθητήρας κάνει όλο τον έλεγχο πιο αυτοματοποιημένο.
Ο αισθητήρας (Sensor) είναι μια κοινή αλλά πολύ σημαντική συσκευή, είναι η αίσθηση των προβλέψεων των μετρούμενων μεγεθών και σύμφωνα με ορισμένους νόμους θα μετατραπεί σε μια χρήσιμη συσκευή ή συσκευή σήματος. Για έναν αισθητήρα, η είσοδος μπορεί να χωριστεί σε στατικά και δυναμικά μεγέθη ανάλογα με την κατάσταση της εισόδου. Μπορούμε να πάρουμε τα στατικά χαρακτηριστικά του αισθητήρα σύμφωνα με τη σχέση μεταξύ εξόδου και εισόδου στη σταθερή κατάσταση κάθε τιμής. Οι κύριοι δείκτες των στατικών χαρακτηριστικών του αισθητήρα είναι η γραμμικότητα, η υστέρηση, η επαναληψιμότητα, η ευαισθησία και η ακρίβεια. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του αισθητήρα αναφέρονται στα χαρακτηριστικά απόκρισης της ποσότητας εισόδου με την πάροδο του χρόνου. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά περιγράφονται συνήθως από λειτουργίες μεταφοράς και άλλα μοντέλα αυτόματου ελέγχου. Συνήθως, τα σήματα που λαμβάνονται από τον αισθητήρα έχουν ασθενή σήματα χαμηλής-συχνότητας και το πλάτος των εξωτερικών παρεμβολών μπορεί μερικές φορές να υπερβαίνει το μετρούμενο σήμα, επομένως η εξάλειψη του εισερχόμενου θορύβου γίνεται βασική τεχνολογία αισθητήρων.
Ένας φυσικός αισθητήρας είναι ένας αισθητήρας που ανιχνεύει μια φυσική ποσότητα. Είναι η χρήση ορισμένων φυσικών επιδράσεων, η φυσική ποσότητα που πρέπει να μετρηθεί στην ενεργειακή μορφή της συσκευής σήματος για εύκολη επεξεργασία. Το σήμα εξόδου του έχει σαφή σχέση με το σήμα εισόδου. Οι κύριοι φυσικοί αισθητήρες είναι φωτοηλεκτρικοί αισθητήρες, πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες, πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες, ηλεκτρομαγνητικοί αισθητήρες, θερμοηλεκτρικοί αισθητήρες και αισθητήρες οπτικών ινών. Για παράδειγμα, ας δούμε τον πιο συχνά χρησιμοποιούμενο φωτοηλεκτρικό αισθητήρα. Αυτός ο τύπος αισθητήρα μετατρέπει τα φωτεινά σήματα σε ηλεκτρικά σήματα, ανιχνεύει άμεσα πληροφορίες ακτινοβολίας από ένα αντικείμενο και μπορεί επίσης να μετατρέψει άλλα φυσικά μεγέθη σε φωτεινά σήματα. Η κύρια αρχή είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο: όταν το φως προσπίπτει σε μια ουσία, οι ηλεκτρικές επιδράσεις στην ουσία μεταβάλλονται, οι οποίες στην περίπτωση αυτή περιλαμβάνουν την εκπομπή ηλεκτρονίων, την αγωγιμότητα και το δυναμικό ρεύμα. Προφανώς, συσκευές που μπορούν εύκολα να παράγουν τέτοια εφέ γίνονται τα κύρια συστατικά των φωτοηλεκτρικών αισθητήρων, όπως οι φωτοαντιστάσεις. Με αυτόν τον τρόπο, γνωρίζουμε ότι η κύρια ροή εργασίας του φωτοηλεκτρικού αισθητήρα είναι να δέχεται την αντίστοιχη ακτινοβολία φωτός, μέσω συσκευών όπως φωτοαντιστάσεις για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια και, στη συνέχεια, μέσω της διαδικασίας ενίσχυσης και απο{8}}θορύβου, λαμβάνεται το επιθυμητό ηλεκτρικό σήμα εξόδου. Εδώ το σήμα εξόδου και το αρχικό φωτεινό σήμα έχουν μια ορισμένη σχέση, συνήθως κοντά σε μια γραμμική σχέση, έτσι ώστε ο υπολογισμός του αρχικού φωτεινού σήματος να μην είναι πολύ περίπλοκος. Άλλοι φυσικοί αισθητήρες είναι ανάλογοι με τους φωτοηλεκτρικούς αισθητήρες.
Το εύρος των εφαρμογών των φυσικών αισθητήρων είναι πολύ ευρύ, εξετάζουμε μόνο τη βιοϊατρική άποψη για να δούμε την εφαρμογή των φυσικών αισθητήρων και, στη συνέχεια, δεν είναι δύσκολο να υποθέσουμε ότι οι φυσικοί αισθητήρες σε άλλες πτυχές έχουν επίσης σημαντικές εφαρμογές.
Για παράδειγμα, η μέτρηση της αρτηριακής πίεσης είναι μια από τις πιο συνηθισμένες ιατρικές μετρήσεις. Οι συνήθεις μετρήσεις της αρτηριακής μας πίεσης είναι έμμεσες μετρήσεις, όπου η σχέση μεταξύ της ροής του αίματος και της πίεσης που ανιχνεύεται από την επιφάνεια του σώματος χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αρτηριακής πίεσης στις φλέβες. Ο μετατροπέας που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αρτηριακής πίεσης αποτελείται συνήθως από ένα ελαστικό διάφραγμα, το οποίο μετατρέπει το σήμα πίεσης σε παραμόρφωση του διαφράγματος, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα με βάση την καταπόνηση ή τη μετατόπιση του διαφράγματος. Στην κορυφή του ηλεκτρικού σήματος μπορούμε να ανιχνεύσουμε τη συστολική πίεση, αφού περάσουμε από τον μετατροπέα και τον ανιχνευτή κορυφής μπορούμε να πάρουμε τη διαστολική πίεση και μέσω του ολοκληρωτή μπορούμε να πάρουμε τη μέση πίεση.
Ας ρίξουμε μια ματιά στην τεχνική της αναπνευστικής μέτρησης. Οι αναπνευστικές μετρήσεις αποτελούν σημαντική βάση για την κλινική διάγνωση της πνευμονικής λειτουργίας και είναι απαραίτητες τόσο για τη χειρουργική επέμβαση όσο και για την παρακολούθηση του ασθενούς. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείται ένας αισθητήρας τύπου θερμίστορ- που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του αναπνευστικού ρυθμού, η αντίσταση του αισθητήρα τοποθετείται στο εξωτερικό του μπροστινού άκρου ενός κλιπ, το οποίο στερεώνεται στη μύτη, και ο αναπνευστικός ρυθμός, καθώς και η κατάσταση του θερμού αέρα, μπορούν να μετρηθούν από το θερμίστορ όταν η αναπνευστική επιφάνεια του αέρα υπερβαίνει τη ροή του αέρα.
Έπειτα, υπάρχει η πιο κοινή διαδικασία μέτρησης της θερμοκρασίας της επιφάνειας του σώματος, η οποία φαίνεται εύκολη, αλλά έχει έναν πολύπλοκο μηχανισμό μέτρησης. Η θερμοκρασία της επιφάνειας του σώματος καθορίζεται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της τοπικής ροής αίματος, της θερμικής αγωγιμότητας των υποκείμενων ιστών και της απαγωγής θερμότητας από την επιδερμίδα, επομένως η μέτρηση της θερμοκρασίας του δέρματος λαμβάνει υπόψη έναν αριθμό επιρροών. Οι αισθητήρες τύπου θερμοστοιχείου χρησιμοποιούνται συχνότερα για μέτρηση θερμοκρασίας, συνήθως αισθητήρες θερμοστοιχείου ράβδου και αισθητήρες θερμοστοιχείου λεπτής μεμβράνης. Επειδή το μέγεθος του θερμοστοιχείου είναι πολύ μικρό, η ακρίβεια μπορεί να είναι υψηλότερη από το επίπεδο micron, επομένως μπορεί να είναι πιο ακριβής η μέτρηση της θερμοκρασίας σε ένα ορισμένο σημείο, σε συνδυασμό με τη μεταγενέστερη ανάλυση στατιστικών στοιχείων, μπορεί να παράγει πιο ολοκληρωμένα αποτελέσματα ανάλυσης. Αυτό είναι το παραδοσιακό θερμόμετρο υδραργύρου δεν μπορεί να συγκριθεί, αλλά αποδεικνύει επίσης ότι η εφαρμογή των νέων τεχνολογιών στην ανάπτυξη της επιστήμης φέρνει ευρείες προοπτικές.
Από την παραπάνω εισαγωγή μπορεί να φανεί, μόνο στις βιοϊατρικές πτυχές, οι φυσικοί αισθητήρες έχουν ποικίλες εφαρμογές. Η κατεύθυνση ανάπτυξης των αισθητήρων είναι πολυλειτουργικοί, βασισμένοι σε εικόνες- και έξυπνοι αισθητήρες. Η μέτρηση των αισθητήρων ως σημαντικό μέσο συλλογής δεδομένων, βιομηχανικής παραγωγής και ακόμη και οικογενειακής ζωής είναι μια απαραίτητη συσκευή, και οι φυσικοί αισθητήρες και η πιο κοινή οικογένεια αισθητήρων, η ευέλικτη χρήση των φυσικών αισθητήρων θα είναι σίγουρα σε θέση να δημιουργήσει περισσότερα προϊόντα, καλύτερα οφέλη.