Intelligens Rendszerek Elmélete Dr. Kutor László Technikai érzékelők http://mobil.nik.bmf.hu/tantargyak/ire.html Login: ire jelszó: IRE07 IRE 3/1 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 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 A tipikus mérőátalakító transducer IRE 3/4
A mérőátalakítókban leggyakrabban alkalmazott érzékelő elvek Potenciometrikus (ellenállás változásos) Nyúlásmérő Piezorezisztív Termoelektromos Kapacitív Elektromágneses (induktív) Piezoelektromos Fotokonduktív (rezisztív) Fotoelektromos Szelektív érzékenység!!!! IRE 3/5 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
Az érzékelők legfontosabb jellemzői 2. statikus hiba = mért érték tényleges érték dinamikus hiba mért érték linearitás mért érték mért mennyiség hiszterézis reprodukálhatóság mért mennyiség IRE 3/7 Legegyszerűbb érzékelők Kapcsolók Mechanikus kapcsolók: Reed kapcsoló IRE 3/8
Ellenállásos érzékelők IRE 3/9 Az ellenállások hőmérséklet függése a platina ellenállás, b NTK, d PTK c félvezető, IRE 3/10
Ikerfém bimetál érzékelő IRE 3/11 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 3/12
Nyúlásmérő bélyegek IRE 3/13 Hőkompenzálás Wheatstone hiddal R5, R6 = kiegyenlítő R7, R8 = cellatényező beállításához R8 - R10 = hőmérséklet kompenzáló R11 = bemeneti ellenállás beálításához IRE 3/14
Mechanikus légnyomás érzékelés Hagyományos barométer IRE 3/15 légnyomás érzékelés Nyomásérzékelő cella folyadéknyomás érzékelés IRE 3/16
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.) IRE 3/17 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 3/18
Termoelem IRE 3/19 Termoelem alkalmazás IRE 3/20
Árammérés Willem Einthoven 1901-1907 húros galvanométer (1924 orvosi Nobel díj) Deprez műszer IRE 3/21 Szénmikrofon: Hangérzékelők 1. IRE 3/22
Hangérzékelők 3. Dinamikus mikrofon IRE 3/23 Hangérzékelők 3. Kapacitív electret mikrofon IRE 3/24
Hangérzékelők 5. Piezzo mikrofon Piezzo hangszóró IRE 3/25 Hangérzékelő 5 Szalag mikrofon IRE 3/26
Fotocella (Lénárd Fülöp, Albert Einstein) IRE 3/27 Fényérzékelők Fotoellenállás IRE 3/28
Fotodióda IRE 3/29 Fototranzisztor IRE 3/30
FotoFET IRE 3/31 Fényérzékelő jellemzők IRE 3/32
Fényérzékelők jellemzői IRE 3/33 A fényelemek speciális alkalmazásai: napkollektorok I. National Geographic 2009. szeptember IRE 3/34
A fényelemek speciális alkalmazásai: napkollektorok II. Napelemes tetőcserép Tóth Miklós Tamás találmánya 2009. Egy számítógép üzemeltetéséhez ~ 4 cserép is elég lehet!!! IRE 3/35 Optikai (szöghelyzet) érzékelők jeladók Típusai: Inkrementális Abszolút fényforrás fényérzékelő IRE 3/36
Hall hatás IRE 3/37 Foton sokszorozó IRE 3/38
Rádioaktív sugárzás érzékelő Geiger Müller féle számlálócső α és β részecskék detektálására A mérés elvi sémája Számláló GM csövek a gyakorlatban IRE 3/39 Kép érzékelő 1. IRE 3/40
Kép érzékelő 2. (CCD kamera) Mozgás érzékelő IRE 3/41 Digitális fényképezőgép IRE 3/42
Digitális dideo kamera IRE 3/43 Képfelvétel és feldolgozás Cellular Neural Network Chua - Roska IRE 3/44
Helyzet érzékelés IRE 3/45 Gyorsulás érzékelés Giroszkóp, (gyroscope) Pörgettyű IRE 3/46
Kerekesszék giroszkópokkal IRE 3/47 Műholdas helymeghatározás Navstar = GPS (USA), Glonast (RU), GALILEO (EU) Galileo program fázisok Tervezés 2002-2005 Megvalósítás (teszt)2006-2008 Csoportos telepítés 2008-2010 Szolgáltatások 2010-től Miben különbözik: Polgári célú Növelt pontosság (~m) A működési garancia Jobb lefedettség 2005.12.28 http://www.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/programme/index_en.htm IRE 3/48
GPS mondat felépítése $GPGGA,101234,4731.9738,N,1902.3433,E,1,06,0.9,102.2,M,46.9,M,,*7E $ yitókarakter GP PS adat azonosító GGA mondat neve: Globális Helymeghatározó rendszer Rögzített Adatokkal 10123 műhold rendszer ideje: 10:12:34 4731.9738 Szélességi koordináta N A szélesség típusa: N vagy S 1902.3433 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 102.2 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 3/49 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 http://www.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/applications/index_en.htm IRE 3/50
Szenzorok (egy kakukktojással) IRE 3/51 Kérdések 1. Milyen képességekkel kell felruházni egy technikai rendszert, ha intelligenssé kívánjuk tenni? 2. Milyen tényezők indokolják a technikai érzékelők egyre szélesebb alkalmazását? 3. Milyen tényezők korlátozzák a technikai érzékelők alkalmazását a biológiai rendszerekben (pl. az emberben)? IRE 3/52