Erilaiset anturit ja niiden toiminta

Automaation aikakausi on jo alkanut. Suurin osa nyt käytetyistä asioista voidaan automatisoida. Automaattisten laitteiden suunnittelussa on ensin tiedettävä antureista, nämä ovat moduulit / laitteet, jotka auttavat tekemään asioita ilman ihmisen puuttumista. Jopa matkapuhelimissa tai älypuhelimissa, joita päivittäin käytämme, on joitain antureita, kuten halli-anturi, läheisyysanturi, kiihtyvyysanturi, kosketusnäyttö, mikrofoni jne. Nämä anturit toimivat kaikkien sähkölaitteiden silminä, korvina, neninä, jotka tunnistavat parametrit ulkomaailmassa ja antavat lukemat laitteille tai mikrokontrollerille.

Mikä on anturi?

Anturi voidaan määritellä laitteeksi, jota voidaan käyttää fyysisen määrän, kuten voiman, paineen, rasituksen, valon jne., Havaitsemiseksi / havaitsemiseksi ja sitten sen muuntamiseksi halutuksi ulostuloksi, kuten sähköiseksi signaaliksi, sovelletun fyysisen määrän mittaamiseksi . Muutamissa tapauksissa anturi ei yksin riitä analysoimaan saatuja signaaleja. Tällöin käytetään signaalin säätöyksikköä anturin lähtöjännitetasojen pitämiseksi halutulla alueella suhteessa käyttämäämme päätelaitteeseen.

In signaalin ilmastointi yksikkö, lähtö anturi voi olla vahvistettu, suodatettu tai muunnettu halutun lähtöjännitteen. Esimerkiksi, jos katsomme mikrofonin, se havaitsee audiosignaalin ja muuntaa lähtöjännitteeksi (millivoltteina), josta on vaikea ajaa lähtöpiiriä. Joten signaalin vahvistusyksikköä (vahvistinta) käytetään signaalin voimakkuuden lisäämiseen. Signaalin säätö ei kuitenkaan välttämättä ole välttämätöntä kaikille antureille, kuten fotodiodille, LDR: lle jne.

Suurin osa antureista ei voi toimia itsenäisesti. Joten siihen tulisi käyttää riittävää tulojännitettä. Eri antureilla on erilaiset toiminta-alueet, jotka on otettava huomioon työskenneltäessä sen kanssa, muuten anturi voi vahingoittua pysyvästi.

Anturityypit:

Katsotaanpa erityyppisiä markkinoilla olevia antureita ja keskustellaan niiden toiminnasta, toiminnasta, sovelluksista jne. Keskustelemme erilaisista antureista, kuten:

• Valoanturi
  • IR-anturi (IR-lähetin / IR LED)
  • Valodiodi (IR-vastaanotin)
  • Valosta riippuva vastus
• Lämpösensori
  • Termistori
  • Termoelementti
• Paine / voima / painotunnistin
  • Venymäliuska (paineanturi)
  • Kuormakennot (painotunnistin)
• Asentoanturi
  • Potentiometri
  • Kooderi
• Hall-anturi (tunnista magneettikenttä)
• Joustava anturi
• Äänianturi
  • Mikrofoni
• Ultraäänianturi
• Kosketa Sensor
• PIR-anturi
• Kallistusanturi
  • Kiihtyvyysanturi
• Kaasuanturi

Meidän on valittava haluamasi anturi projektin tai sovelluksen perusteella. Kuten aiemmin mainittiin, jotta ne toimisivat oikein, jännitettä tulisi käyttää niiden teknisten tietojen perusteella.

Katsotaan nyt erilaisten antureiden toimintaperiaate ja missä se näkyy jokapäiväisessä elämässämme tai sen sovelluksissa.

IR-LED:

Sitä kutsutaan myös IR-lähettimeksi. Sitä käytetään lähettämään infrapunasäteitä. Näiden taajuuksien alue on suurempi kuin mikroaaltotaajuudet (ts.> 300 GHz: stä muutamiin satoihin THz: iin). Infrapuna-LED: n tuottamat säteet voidaan havaita alla selitetyllä Photodiodeilla. IR-LEDin ja fotodiodin paria kutsutaan IR-anturiksi. Näin IR-anturi toimii.

Valodiodi (valotunnistin):

Se on puolijohdelaite, jota käytetään valonsäteiden havaitsemiseen ja jota käytetään enimmäkseen IR-vastaanottimena . Sen rakenne on samanlainen kuin normaali PN-liitosdiodi, mutta toimintaperiaate eroaa siitä. Koska tiedämme, että PN-liitos sallii pienet vuotovirrat, kun se on käänteinen esijännitetty, tätä ominaisuutta käytetään valonsäteiden havaitsemiseen. Valodiodi on rakennettu siten, että valonsäteiden tulisi pudota PN-risteykseen, mikä saa vuotovirran kasvamaan soveltamamme valon voimakkuuden perusteella. Joten tällä tavalla fotodiodia voidaan käyttää valonsäteiden havaitsemiseen ja virran ylläpitoon piirin läpi. Tarkista täältä valodiodin toiminta IR-anturilla.

Fotodiodin avulla voimme rakentaa automaattisen katulampun, joka palaa, kun auringonvalon voimakkuus pienenee. Mutta fotodiodi toimii, vaikka pieni määrä valoa putoaisi siihen, on oltava varovainen.

LDR (valosta riippuva vastus):

Kuten nimi itse määrittelee, että vastus riippuu valon voimakkuudesta. Se toimii valojohtavuuden periaatteella, mikä tarkoittaa valon johtumista. Se koostuu yleensä kadmiumsulfidista. Kun valo putoaa LDR: n päälle, sen vastus pienenee ja toimii samalla tavalla kuin johdin, ja kun siihen ei laske valoa, sen vastus on melkein MΩ: n alueella tai mieluiten se toimii avoimena piirinä . Yksi huomautus tulisi ottaa huomioon LDR: n kanssa, että se ei reagoi, jos valo ei ole tarkasti kohdennettu sen pintaan.

Transistoria käyttävän oikean piirin avulla sitä voidaan havaita valon saatavuus. Jännitteenjakajalla esijännitetty transistori, jossa R2 (vastus alustan ja emitterin välillä) on korvattu LDR: llä, voi toimia valonilmaisimena. Tarkista täältä eri piirit, jotka perustuvat LDR: ään.

Termistori (lämpötila-anturi):

Termistoria voidaan käyttää lämpötilan vaihtelun havaitsemiseen . Sillä on negatiivinen lämpötilakerroin, mikä tarkoittaa, kun lämpötila nousee, vastus laskee. Joten termistorin vastus voi vaihdella lämpötilan nousun myötä, mikä aiheuttaa enemmän virtaa sen läpi. Tätä virran muutosta voidaan käyttää lämpötilan muutoksen määrän määrittämiseen. Termistorin sovellus on, että sitä käytetään lämpötilan nousun havaitsemiseen ja vuotovirran säätämiseen transistoripiirissä, joka auttaa säilyttämään sen vakauden. Tässä on yksi yksinkertainen sovellus Thermistorille DC-tuulettimen automaattiseen ohjaamiseen.

Termoelementti (lämpötila-anturi):

Toinen komponentti, joka voi havaita lämpötilan vaihtelun, on termoelementti. Rakenteessaan kaksi erilaista metallia liitetään yhteen liitoksen muodostamiseksi. Sen pääperiaate on, kun kahden eri metallin liitoskohtaa kuumennetaan tai altistetaan korkeille lämpötiloille, potentiaali niiden terminaalien välillä vaihtelee. Joten vaihtelevaa potentiaalia voidaan edelleen käyttää mittaamaan lämpötilan muutoksen määrää.

Venymäliuska (paine / voima-anturi):

Venymäliuskaa käytetään paineen tunnistamiseen kuormitettaessa . Se toimii vastusperiaatteella, tiedämme, että vastus on suoraan verrannollinen langan pituuteen ja on kääntäen verrannollinen sen poikkileikkauspinta-alaan (R = ρl / a). Samaa periaatetta voidaan käyttää tässä kuorman mittaamiseen. Taipuisalla levyllä lanka on järjestetty siksak-tavalla alla olevan kuvan mukaisesti. Joten kun paine kohdistetaan kyseiseen levyyn, se taipuu suuntaan aiheuttaen muutoksen langan kokonaispituudessa ja poikkileikkauksessa. Tämä johtaa langan vastuksen muutokseen. Näin saatu vastus on hyvin pieni (muutama ohm), joka voidaan määrittää Wheatstonen sillan avulla. Venymäliuska sijoitetaan yhteen sillan neljästä varresta loput arvot muuttumattomina. Siksi,kun paine kohdistetaan siihen vastuksen muuttuessa, sillan läpi kulkeva virta vaihtelee ja paine voidaan laskea.

Venymämittareita käytetään pääasiassa laskemaan paineen määrä, jonka lentokoneen siipi kestää, ja sitä käytetään myös tietyllä tiellä sallittujen ajoneuvojen määrän mittaamiseen.

Punnituskenno (painotunnistin):

Punnituskennot ovat samanlaisia ​​kuin venymämittarit, jotka mittaavat fyysisen määrän kuten voiman ja antavat lähdön sähköisten signaalien muodossa. Kun punnituskennoon kohdistetaan jonkin verran jännitystä, sen rakenne vaihtelee aiheuttaen muutoksen resistanssissa ja lopuksi sen arvo voidaan kalibroida käyttämällä Wheatstonen siltaa. Tässä on projekti kuinka mitata paino painosolulla.

Potentiometri:

Asennon havaitsemiseksi käytetään potentiometriä. Siinä on yleensä erilaisia ​​vastuksia, jotka on kytketty kytkimen eri napoihin. Potentiometri voi olla joko pyörivä tai lineaarinen. Pyörintätyypissä pyyhin on kytketty pitkään akseliin, jota voidaan kääntää. Kun akseli on kiertänyt, pyyhkimen asento muuttuu siten, että tuloksena oleva vastus vaihtelee aiheuttaen muutoksen lähtöjännitteessä. Tällöin lähtö voidaan kalibroida sen sijainnin muutoksen havaitsemiseksi.

Kooderi:

Aseman muutoksen havaitsemiseksi voidaan käyttää myös kooderia. Siinä on pyöreä pyöritettävä levymäinen rakenne, jonka välissä on tiettyjä aukkoja siten, että kun infrapunasäteet tai valonsäteet kulkevat sen läpi, vain muutama valonsäde havaitaan. Lisäksi nämä säteet koodataan digitaaliseen dataan (binäärisesti), joka edustaa tiettyä sijaintia.

Hall-anturi:

Nimi itsessään kertoo, että sensori toimii Hall-efektillä. Se voidaan määritellä, kun magneettikenttä tuodaan lähelle virtaa johtavaa johdinta (kohtisuorassa sähkökentän suuntaan), sitten potentiaaliero kehittyy tietyn johtimen yli. Tämän ominaisuuden avulla Hall-anturia käytetään magneettikentän havaitsemiseen ja se tuottaa jännitteen. On huolehdittava siitä, että Hall-anturi tunnistaa vain yhden magneetin navan.

Hall-anturia käytetään muutamassa älypuhelimessa, jotka auttavat sammuttamaan näytön, kun läppäkansi (jossa on magneetti) suljetaan näytölle. Tässä on yksi Hall Effect -anturin käytännön sovellus ovihälytyksessä.

Joustava anturi:

FLEX-anturi on anturi, joka muuttaa resistanssiaan, kun sen muotoa muutetaan tai kun se taipuu . FLEX-anturi on 2,2 tuumaa pitkä tai sormen pituinen. Se on esitetty kuvassa. Yksinkertaisesti sanottuna anturin liittimen vastus kasvaa, kun se on taipunut. Tämä muutos vastustuksessa ei voi tehdä mitään hyvää, ellemme osaa lukea niitä. Käsillä oleva ohjain pystyy lukemaan vain jännitteen muutokset eikä vähempää, aiomme käyttää jännitteenjakajapiiriä, jolloin voimme johtaa vastuksen muutoksen jännitteen muutoksena. Opi täältä Flex Sensorin käytöstä.

Mikrofoni (äänianturi):

Mikrofoni näkyy kaikissa älypuhelimissa tai matkapuhelimissa. Se voi tunnistaa äänisignaalin ja muuntaa ne pienijännitteisiksi (mV) sähköisiksi signaaleiksi. Mikrofoni voi olla monen tyyppinen, kuten kondensaattorimikrofoni, kristallimikrofoni, hiilimikrofoni jne. Kukin mikrofonityyppi toimii ominaisuuksilla, kuten kapasitanssi, pietsosähköinen vaikutus, vastaavasti. Katsotaanpa kristallimikrofonin toiminta, joka toimii pietsosähköisellä vaikutuksella. Käytetään bimorfikideä, joka paineen tai tärinän alaisuudessa tuottaa suhteellisen vaihtojännitteen. Kalvo on kytketty kiteeseen vetotapin kautta siten, että kun äänisignaali osuu kalvoon, se liikkuu edestakaisin,tämä liike muuttaa käyttötapin asemaa, joka aiheuttaa tärinää kiteessä, jolloin syntyy vaihteleva jännite sovelletun äänisignaalin suhteen. Saatu jännite syötetään vahvistimeen signaalin kokonaisvahvuuden lisäämiseksi. Tässä on useita mikrofoniin perustuvia piirejä.

Voit myös muuntaa Mikrofoni-arvon desibeleinä käyttämällä jotakin mikro-ohjainta, kuten Arduino.

Ultraäänianturi:

Ultraääni ei tarkoita muuta kuin taajuuksien aluetta. Sen kantama on suurempi kuin kuultava alue (> 20 kHz), joten vaikka se olisi päällä, emme tunnista näitä äänisignaaleja. Vain tietyt kaiuttimet ja vastaanottimet voivat havaita nuo ultraääniaallot. Tätä ultraäänianturia käytetään ultraäänilähettimen ja kohteen välisen etäisyyden laskemiseen, ja sitä käytetään myös kohteen nopeuden mittaamiseen .

Ultraäänitunnistinta HC-SR04 voidaan käyttää etäisyyden mittaamiseen välillä 2 cm - 400 cm 3 mm: n tarkkuudella. Katsotaanpa, kuinka tämä moduuli toimii. HCSR04-moduuli tuottaa äänen värähtelyn ultraäänialueella, kun teemme 'Trigger' -tapin korkeaksi noin 10us: lle, mikä lähettää 8-syklisen äänipurskeen äänen nopeudella ja kun esine on osunut, Echo-nasta vastaanottaa sen. Riippuen äänen värähtelystä palaamiseen kuluvasta ajasta, se tarjoaa sopivan pulssilähdön. Voimme laskea kohteen etäisyyden sen ajan perusteella, jonka ultraääniaalto palaa takaisin anturiin. Lue lisää ultraäänianturista täältä.

Ultraäänianturilla on monia sovelluksia. Voimme hyödyntää sitä välttääksemme automatisoitujen autojen, liikkuvien robottien jne. Esteet. Samaa periaatetta käytetään RADARissa tunkeilijaohjusten ja lentokoneiden havaitsemiseen. Hyttys tunnistaa ultraääniäänet. Joten ultraääniaaltoja voidaan käyttää hyttyskarkotteena.

Kosketusanturi:

Tässä sukupolvessa voimme sanoa, että melkein kaikki käyttävät älypuhelimia, joilla on myös laajakuvanäyttö, joka tunnistaa kosketuksemme. Katsotaan siis, kuinka tämä kosketusnäyttö toimii. Pohjimmiltaan on olemassa kahden tyyppisiä kosketusantureita resistiivisiä ja kapasitiivisia kosketusnäyttöjä . Tiedetään näiden antureiden toiminnasta lyhyesti.

Resistiivinen kosketusnäyttö on resistiivinen levy on pohja ja johtava kalvo näytön alla molemmat erotetaan ilmarako, jolla on pieni jännite levyille. Kun painamme tai kosketamme näyttöä, johtava arkki koskettaa resistiivistä levyä tuossa pisteessä aiheuttaen virran kyseisessä kohdassa, ohjelmisto tunnistaa sijainnin ja asiaankuuluva toiminta suoritetaan.

Kun taas kapasitiivinen kosketusnäyttö toimii sähköstaattisen varauksen, joka on tarjolla elin. Näyttö on jo ladattu s koko sähkökentällä. Kun kosketamme näyttöä, muodostuu läheinen piiri kehomme läpi virtaavan sähköstaattisen varauksen vuoksi. Lisäksi ohjelmisto päättää sijainnin ja suoritettavan toiminnan. Voimme havaita, että kapasitiivinen kosketusnäyttö ei toimi käytettäessä käsineitä, koska sormien ja näytön välillä ei ole johtumista.

PIR-anturi:

PIR-anturi tarkoittaa passiivista infrapunatunnistinta. Näitä käytetään havaitsemaan ihmisten, eläinten tai esineiden liike . Tiedämme, että infrapunasäteillä on heijastusominaisuus. Kun infrapunasäde osuu kohteeseen, infrapunasäteilyn ominaisuudet muuttuvat kohteen lämpötilasta riippuen, tämä vastaanotettu signaali määrää esineiden tai elävien olentojen liikkeen. Vaikka kohteen muoto muuttuisi, heijastuneiden infrapunasäteiden ominaisuudet voivat erottaa objektit tarkasti. Tässä on täydellinen toimiva tai PIR-anturi.

Kiihtyvyysanturi (kallistusanturi):

Kiihtyvyysanturi tunnistaa sen kallistuksen tai liikkeen tiettyyn suuntaan . Se toimii perustuen kiihtyvyysvoimaan, joka johtuu maan painovoimasta. Sen pienet sisäosat ovat niin herkkiä, että ne reagoivat pieneen ulkoiseen asennonmuutokseen. Siinä on pietsosähköinen kide, kun kallistettu aiheuttaa häiriöitä kiteessä ja tuottaa potentiaalin, joka määrittää tarkan sijainnin X-, Y- ja Z-akseliin nähden.

Nämä nähdään yleisesti matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa prosessorijohtimien rikkoutumisen välttämiseksi. Kun laite putoaa, kiihtyvyysanturi havaitsee putoamisen ja tekee vastaavat toimet ohjelmiston perusteella. Tässä on joitain projekteja, jotka käyttävät kiihtyvyysanturia.

Kaasuanturi:

Teollisissa sovelluksissa kaasuantureilla on tärkeä rooli kaasuvuodon havaitsemisessa. Jos tällaista laitetta ei ole asennettu tällaisille alueille, se johtaa lopulta uskomattomaan katastrofiin. Nämä kaasuanturit luokitellaan erityyppisiin havaittavan kaasutyypin perusteella. Katsotaanpa, kuinka tämä anturi toimii. Metallilevyn alla on tunnistuselementti, joka on kytketty liittimiin, joissa siihen kohdistetaan virta. Kun kaasupartikkelit osuvat anturielementtiin, se johtaa kemialliseen reaktioon siten, että elementtien vastus vaihtelee ja myös sen läpi kulkeva virta muuttuu, mikä lopulta pystyy havaitsemaan kaasun.

Joten lopuksi voimme päätellä, että antureita ei käytetä pelkästään tekemään työmme yksinkertaiseksi fyysisten määrien mittaamiseksi, jolloin laitteet ovat automatisoituja, vaan niitä käytetään myös katastrofeissa elävien olentojen auttamiseen.