Intelligens Rendszerek Elmélete. Technikai érzékelők. A tipikus mérőátalakító transducer

Átírás

1 Intelligens Rendszerek Elmélete A tipikus mérőátalakító transducer dr. Kutor László Technikai érzékelők Login: ire jelszó: IRE07 IRE 3/1 IRE 3/4 Mitől okos (intelligens?) egy technika? 1. Érzékelés (érzékszervek) 2. Információ feldolgozás (processzor, feldolgozási módszer) 3. Tudás (emlékezet, tapasztalat) 4. Tanulás 2. Kommunikáció (jelzésrendszer, kommunikációs nyelv,..) IRE 3/2 A mérőátalakítókban leggyakrabban alkalmazott érzékelő elvek Potenciometrikus (ellenállás változásos) Nyúlásmérő Piezorezisztív Termoelektromos Kapacitív Elektromágneses (induktív) Piezoelektromos Fotokonduktív (rezisztív) Fotoelektromos Szelektív érzékenység!!!! IRE 3/5 A technikai érzékelők csoportosítása a beépített intelligencia alapján 0. Alap érzékelő 1. Az érzékelő elem erősítő, jelformáló áramkört is tartalmaz. (mérőátalakító) 2. Kompenzáló elemeket (pl.:érzékenység állító, határérték túllépés elleni védelmet) tartalmazó érintkezők. 3. Kommunikációs képességgel (A/D átalakítóval, címazonosítóval) rendelkező érzékelők. 4. Öndiagnosztizáló érzékelők (A helyes működést vagy a meghibásodást jelezni képesek) 5. Önálló elemző és döntési képességekkel rendelkező érzékelők. IRE 3/3 Az érzékelők legfontosabb jellemzői 1. frekvencia átvitel (átviteli karakterisztika) működési tartomány (működési, maximális) mért jelváltozás érzékenység = mérendő jelváltozás mért jeltartomány felbontás = átalakított bitek száma IRE 3/6

2 Az érzékelők legfontosabb jellemzői 2. Az ellenállások hőmérséklet függése statikus hiba = mért érték tényleges érték dinamikus hiba linearitás mért érték mért érték hiszterézis reprodukálhatóság mért mennyiség mért mennyiség IRE 3/7 a platina ellenállás, b NTK, d PTK c félvezető, IRE 3/10 Legegyszerűbb érzékelők Kapcsolók Ikerfém bimetál érzékelő Mechanikus kapcsolók: Reed kapcsoló IRE 3/8 IRE 3/11 Ellenállásos érzékelők Nyúlásmérő bélyeg R = ξ * l/ A Alkalmazások: Egyszerű felépítésű csapcella Hajlított-csavart mérőtest kialakítása kis erők mérésére. Előnye: stabil Hátránya: A hőmérsékletváltozás befolyásolja a működést. IRE 3/9 IRE 3/12

3 Nyúlásmérő bélyegek légnyomás érzékelés Nyomásérzékelő cella folyadéknyomás érzékelés IRE 3/13 IRE 3/16 Hőkompenzálás Wheatstone hiddal A piezorezisztív érzékelés elve A természetben előforduló néhány kristályos szerkezetű anyag (kvarc, turmalin) lapjain meghatározott irányú mechanikai terhelés hatására töltések halmozódnak fel, tehát feszültség keletkezik. (Nyomás hatására változtatja az ellenállás értékét.) R5, R6 = kiegyenlítő R7, R8 = cellatényező beállításához R8 - R10 = hőmérséklet kompenzáló R11 = bemeneti ellenállás beálításához IRE 3/14 IRE 3/17 Mechanikus légnyomás érzékelés Hagyományos barométer A termoelem működése Seebeck hatás Két különböző fémet összeérintve, az érintkezési pontot melegítve, a két szabad végpont között feszültség mérhető Peltier hatás A két érintkező fém csatlakozási pontján áramot átbocsátva a pont két oldalán hőmérséklet különbség mérhető Termoelem kalibrálás mv IRE 3/15 IRE 3/18

4 Termoelem Hangérzékelők 1. Szénmikrofon: IRE 3/19 IRE 3/22 Termoelem alkalmazás Hangérzékelők 3. Dinamikus mikrofon IRE 3/20 IRE 3/23 Árammérés Willem Einthoven húros galvanométer (1924 orvosi Nobel díj) Hangérzékelők 3. Kapacitív electret mikrofon Deprez műszer IRE 3/21 IRE 3/24

5 Hangérzékelők 5. Piezzo mikrofon Fényérzékelők Fotoellenállás Piezzo hangszóró IRE 3/25 IRE 3/28 Hangérzékelő 5 Fotodióda Szalag mikrofon IRE 3/26 IRE 3/29 Fotocella (Lénárd Fülöp, Albert Einstein) Fototranzisztor IRE 3/27 IRE 3/30

6 FotoFET Optikai (szöghelyzet) érzékelők jeladók Típusai: Inkrementális Abszolút fényforrás fényérzékelő IRE 3/31 IRE 3/34 Fényérzékelő jellemzők Hall hatás IRE 3/32 IRE 3/35 Fényérzékelők jellemzői Foton sokszorozó IRE 3/33 IRE 3/36

7 Rádioaktív sugárzás érzékelő Digitális fényképezőgép Geiger Müller féle számlálócső α és β részecskék detektálására A mérés elvi sémája Számláló GM csövek a gyakorlatban IRE 3/37 IRE 3/40 Digitális dideo kamera Kép érzékelő 1. IRE 3/38 IRE 3/41 Kép érzékelő 2. (CCD kamera) Mozgás érzékelő Képfelvétel és feldolgozás Cellular Neural Network Chua - Roska IRE 3/39 IRE 3/42

8 Helyzet érzékelés IRE 3/43 Műholdas helymeghatározás Navstar = GPS (USA), Glonast (RU), GALILEO (EU) Galileo program fázisok Tervezés Megvalósítás (teszt) Csoportos telepítés Szolgáltatások 2010-től Miben különbözik: Polgári célú Növelt pontosság (~m) A működési garancia Jobb lefedettség IRE 3/46 Gyorsulás érzékelés Giroszkóp, (gyroscope) Pörgettyű IRE 3/44 GPS mondat felépítése $GPGGA,101234, ,N, ,E,1,06,0.9,102.2,M,46.9,M,,*7E $ yitó karakter GP PS adat azonosító GGA mondat neve: Globális Helymeghatározó rendszer Rögzített Adatokkal műhold rendszer ideje: 10:12: Szélességi koordináta N A szélesség típusa: N vagy S Hosszúsági koordináta E Hosszúság típusa: E vagy W 1 Jel minősége: 0=érvénytelen, 1= GPS, 2=DGPS 06 Műholdak száma (a jel előállításához) 0.9 Vízszintes pozíció tágítás Tengerszint feletti magasság M A tengerszint feletti magasság mértékegysége (Méter) 46.9 A WGS 84-es földi ellipszis és a tengerszint magassága közötti különbség (Geodial Separation) M A GS mértékegysége (Méter) 7E Ellenőrző karakterek IRE 3/47 Kerekesszék giroszkópokkal IRE 3/45 GPS alkalmazások Főbb kategóriák: Szállítás, Közlekedés (légi-, közúti-, vasúti-, tömeg-), Tengerészet, Halászat Energia ipar, Építőipar, Távközlés, Személyvédelem, Pénzügy, Biztosítás, Biztonság technika, Idő referencia, Tudomány, Mezőgazdaság, Környezetvédelem, Szórakoztató ipar Fogyatékkal élők támogatása (AAL) Az életvitelt segítő potenciális alkalmazások: Személyi tájékozódás támogatás látáskorlátozottaknak Altzheimer betegek téri tájékozódása Út tervezés kerekesszékeseknek Egészségügyi távfelügyeleti és sürgősségi szolgáltatások kibővítése valósidejű helymeghatározással Valós idejű hangbemondás közlekedési járműveken IRE 3/48

9 Szenzorok IRE 3/49