Intelligens Rendszerek Elmélete 3 IRE 3/51/1
Technikai érzékelők jellemzői és alkalmazási lehetőségei http://uni-obuda.hu/users/kutor/ IRE 3/51/2
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 3/51/3
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 érzékelők. 3. Kommunikációs képességgel (A/D átalakítóval, címazonosítóval) rendelkező érzékelők. 4. Öndiagnosztizáló érzékelők (A helyesműködést vagy a meghibásodást jelezni képesek) 5. Önálló elemző és döntési képességekkel rendelkező érzékelők. IRE 3/51/4
A tipikus mérőátalakító transducer IRE 3/51/5
A mérőátalakítókban leggyakrabban alkalmazott érzékelő elvek Potenciometrikus (ellenállás változásos) Nyúlásmérő Piezorezisztív Termoelektromos Kapacitív Elektromágneses (induktív) Piezoelektromos Fotokonduktív (rezisztív) Fotoelektromos Szelektív érzékenység!!!! IRE 3/51/6
Az érzékelők legfontosabb jellemzői 1. frekvencia átvitel (átviteli karakterisztika) működési tartomány (működési, maximális) érzékenység = mért jelváltozás mérendő jelváltozás felbontás = mért jeltartomány átalakított bitek száma IRE 3/51/7
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 3/51/8
Legegyszerűbb érzékelők Kapcsolók Mechanikus kapcsolók: Reed kapcsoló IRE 3/51/9
Ellenállásos érzékelők IRE 3/51/10
Az ellenállások hőmérséklet függése a platina ellenállás, b NTK, d PTK c félvezető, IRE 3/51/11
Ikerfém bimetál érzékelő IRE 3/51/12
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 3/51/13
Nyúlásmérő bélyegek IRE 3/51/14
Hőkompenzálás Wheatstone hiddal R5, R6 = kiegyenlítő R7, R8 = cellatényező beállításához R8 - R10 = hőmérséklet kompenzáló R11 = bemeneti ellenállás beálításához IRE 3/51/15
Mechanikus légnyomás érzékelés Hagyományos barométer IRE 3/51/16
Nyomásérzékelő cella légnyomás érzékelés folyadéknyomás érzékelés IRE 3/51/17
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 3/51/18
Seebeck hatás A termoelem működése 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 3/51/19
Termoelem IRE 3/51/20
Termoelem alkalmazás IRE 3/51/21
Árammérés Willem Einthoven 1901-1907 húros galvanométer (1924 orvosi Nobel díj) Deprez műszer IRE 3/51/22
Szénmikrofon: Hangérzékelők 1. IRE 3/51/23
Hangérzékelők 3. Dinamikus mikrofon IRE 3/51/24
Hangérzékelők 3. Kapacitív electret mikrofon IRE 3/51/25
Hangérzékelők 5. Piezzo mikrofon Piezzo hangszóró IRE 3/51/26
Hangérzékelő 5 Szalag mikrofon IRE 3/51/27
Fotocella (Lénárd Fülöp, Albert Einstein) IRE 3/51/28
Fényérzékelők Fotoellenállás IRE 3/51/29
Fotodióda IRE 3/51/30
Fototranzisztor IRE 3/51/31
FotoFET IRE 3/51/32
Fényérzékelő jellemzők IRE 3/51/33
Fényérzékelők jellemzői IRE 3/51/34
Optikai (szöghelyzet) érzékelők jeladók Típusai: Inkrementális Abszolút fényforrás fényérzékelő IRE 3/51/35
Hall hatás IRE 3/51/36
Foton sokszorozó IRE 3/51/37
Rádioaktív sugárzás érzékelő Geiger Müller féle számlálócső α és β részecskék detektálására A mérés elvi sémája Számláló GM csövek a gyakorlatban IRE 3/51/38
Kép érzékelő 1. IRE 3/51/39
Kép érzékelő 2. (CCD kamera) Mozgás érzékelő IRE 3/51/40
Digitális fényképezőgép IRE 3/51/41
Digitális dideo kamera IRE 3/51/42
Képfelvétel és feldolgozás Cellular Neural Network Chua - Roska IRE 3/51/43
Helyzet érzékelés IRE 3/51/44
Giroszkóp, (gyroscope) pörgettyű Gyorsulás érzékelés IRE 3/51/45
IRE 3/51/46
Kerekesszék giroszkópokkal IRE 3/51/47
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 3/51/48
GPS mondat felépítése $GPGGA,101234,4731.9738,N,1902.3433,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 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 3/51/49
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 3/51/50
Szenzorok IRE 3/51/51
Kérdések 1. Milyen képességekkel kell felruházni egy technikai rendszert, ha un. intelligenssé akarjuk tenni? 2. Milyen tényezők indokolják a technikai érzékelők egyre szélesebb körű alkalmazását? 3. Milyen tényezők korlátozzák a technikai érzékelők alkalmazását a biológiai rendszerekben (például az emberben)? IRE 3/51/52