Skirtingi jutiklių tipai ir jų veikimas

Automatikos era jau prasidėjo. Daugumą dalykų, kuriuos dabar naudojame, galima automatizuoti. Norėdami pirmiausia suprojektuoti automatinius įrenginius, turime žinoti apie jutiklius, tai yra moduliai / prietaisai, kurie padeda atlikti darbus be žmogaus įsikišimo. Net mobilieji telefonai ar išmanieji telefonai, kuriuos mes naudojame kasdien, turės tokius jutiklius kaip salės jutiklis, artumo jutiklis, akselerometras, jutiklinis ekranas, mikrofonas ir tt prietaisų ar mikrovaldiklio rodmenys.

Kas yra jutiklis?

Jutiklį galima apibrėžti kaip įtaisą, kuris gali būti naudojamas fiziniam dydžiui, pvz., Jėgai, slėgiui, įtempimui, šviesai ir pan., Pajusti / aptikti ir tada paversti jį norima išvestimi, pavyzdžiui, elektriniu signalu, kad būtų galima išmatuoti taikomą fizinį kiekį . Kai kuriais atvejais vieno jutiklio gali nepakakti analizuoti gautą signalą. Tais atvejais, norint išlaikyti jutiklio išėjimo įtampos lygį norimame diapazone, palyginti su mūsų naudojamu galiniu įtaisu, naudojamas signalo kondicionavimo įrenginys.

Į signalo kondicionavimo vienetas, daviklio išėjimo gali būti amplifikuotas, filtruojamas arba modifikuota, kad norimą išėjimo įtampa. Pavyzdžiui, jei laikysime mikrofoną, jis aptiks garso signalą ir konvertuosis į išėjimo įtampą (tai yra milivoltais), kurią sunku valdyti išėjimo grandine. Taigi signalo stiprumui padidinti naudojamas signalo kondicionavimo įrenginys (stiprintuvas). Tačiau signalo kondicionavimas gali būti nereikalingas visiems jutikliams, tokiems kaip fotodiodas, LDR ir kt.

Daugelis jutiklių negali veikti savarankiškai. Taigi, jam turėtų būti taikoma pakankama įėjimo įtampa. Įvairių jutiklių veikimo diapazonai yra skirtingi, į kuriuos reikėtų atsižvelgti dirbant, nes jutiklis gali visam laikui sugadinti.

Jutiklių tipai:

Pažiūrėkime apie įvairius jutiklių tipus, kurie yra rinkoje, ir aptarkime jų funkcionalumą, veikimą, programas ir kt. Aptarsime įvairius jutiklius, tokius kaip:

• Šviesos sensorius
  • IR jutiklis (IR siųstuvas / IR LED)
  • Fotodiodas (IR imtuvas)
  • Nuo šviesos priklausomas rezistorius
• Temperatūros jutiklis
  • Termistorius
  • Termoelementas
• Slėgio / jėgos / svorio jutiklis
  • Įtempimo daviklis (slėgio jutiklis)
  • Apkrovos elementai (svorio jutiklis)
• Padėties jutiklis
  • Potenciometras
  • Koduotojas
• Hallo jutiklis (aptikti magnetinį lauką)
• „Flex Sensor“
• Garso jutiklis
  • Mikrofonas
• Ultragarsinis jutiklis
• Palieskite jutiklį
• PIR jutiklis
• Pakreipimo jutiklis
  • Akselerometras
• Dujų jutiklis

Turime pasirinkti norimą jutiklį pagal savo projektą ar programą. Kaip minėta anksčiau, norint, kad jie veiktų, reikia naudoti įtampą, atsižvelgiant į jų specifikacijas.

Dabar pažiūrėkime apie įvairių jutiklių veikimo principą ir tai, kur tai galima pamatyti mūsų kasdieniniame gyvenime ar jo pritaikyme.

IR šviesos diodas:

Jis taip pat vadinamas IR siųstuvu. Jis naudojamas infraraudoniesiems spinduliams skleisti. Šių dažnių diapazonas yra didesnis už mikrobangų dažnius (ty nuo> 300 GHz iki kelių šimtų THz). Infraraudonųjų spindulių šviesos diodų generuojamus spindulius galima aptikti toliau aprašytu fotodiodu. IR šviesos diodų ir fotodiodų pora vadinama IR jutikliu. Štai kaip veikia IR jutiklis.

Fotodiodas (šviesos jutiklis):

Tai puslaidininkinis įtaisas, naudojamas šviesos spinduliams aptikti ir dažniausiai naudojamas kaip IR imtuvas . Jo konstrukcija yra panaši į įprastą PN jungties diodą, tačiau darbo principas skiriasi nuo jo. Kadangi mes žinome, kad PN jungtis leidžia mažos nuotėkio srovės, kai ji yra atvirkštinė, ši savybė naudojama šviesos spinduliams aptikti. Fotodiodas sukonstruotas taip, kad šviesos spinduliai turėtų kristi ant PN sankryžos, dėl kurios nuotėkio srovė padidėja, atsižvelgiant į mūsų pritaikytą šviesos intensyvumą. Taigi tokiu būdu fotodiodas gali būti naudojamas šviesos spinduliams pajusti ir srovei palaikyti per grandinę. Čia patikrinkite, kaip veikia fotodiodas su IR jutikliu.

Naudodami fotodiodą galime pastatyti pagrindinę automatinę gatvės lempą, kuri šviečia sumažėjus saulės spinduliams. Tačiau fotodiodas veikia, net jei ant jo patenka nedidelis šviesos kiekis, todėl reikia būti atsargiems.

LDR (nuo šviesos priklausomas rezistorius):

Kaip pats pavadinimas nurodo, kad rezistorius priklauso nuo šviesos intensyvumo. Jis veikia fotolaidumo principu, kuris reiškia laidumą dėl šviesos. Paprastai jį sudaro kadmio sulfidas. Kai šviesa patenka į LDR, jo varža mažėja ir veikia panašiai kaip laidininkas, o kai ant jo nenukrenta šviesa, jos varža yra beveik MΩ diapazone arba idealiu atveju ji veikia kaip atvira grandinė . LDR atveju reikėtų atsižvelgti į tai, kad ji neatsakys, jei šviesa nebus tiksliai nukreipta į jos paviršių.

Su tinkama grandine, naudojant tranzistorių, jis gali būti naudojamas šviesos prieinamumui nustatyti. Įtampos dalytuvo įstrižinis tranzistorius su R2 (rezistorius tarp pagrindo ir spinduolio), pakeistas LDR, gali veikti kaip šviesos detektorius. Čia patikrinkite įvairias grandines, pagrįstas LDR.

Termistorius (temperatūros jutiklis):

Termistorius gali būti naudojamas temperatūros pokyčiams nustatyti . Jis turi neigiamą temperatūros koeficientą, kuris reiškia, kai temperatūra padidėja, atsparumas mažėja. Taigi, termistoriaus varža gali būti keičiama pakilus temperatūrai, dėl kurios per ją teka daugiau srovės. Šis srovės srauto pokytis gali būti naudojamas temperatūros pokyčio dydžiui nustatyti. Termistoriaus paskirtis yra nustatyti temperatūros kilimą ir kontroliuoti nuotėkio srovę tranzistoriaus grandinėje, kuri padeda išlaikyti jo stabilumą. Čia yra viena paprasta „Thermistor“ programa, skirta automatiškai valdyti nuolatinės srovės ventiliatorių.

Termoelementas (temperatūros jutiklis):

Kitas komponentas, galintis nustatyti temperatūros svyravimus, yra termoelementas. Jo konstrukcijoje du skirtingi metalai sujungiami, kad sudarytų sankryžą. Pagrindinis jo principas yra tai, kad dviejų skirtingų metalų sandūra yra kaitinama arba veikiama aukštos temperatūros, o jų gnybtų potencialas skiriasi. Taigi, kintantis potencialas gali būti toliau naudojamas temperatūros pokyčio dydžiui matuoti.

Įtempimo daviklis (slėgio / jėgos jutiklis):

Įtempimo matuoklis naudojamas slėgiui nustatyti, kai taikoma apkrova . Tai veikia pasipriešinimo principu, mes žinome, kad varža yra tiesiogiai proporcinga laido ilgiui ir atvirkščiai proporcinga jos skerspjūvio plotui (R = ρl / a). Tuo pačiu principu čia galima remtis matuojant apkrovą. Ant lanksčios lentos viela išdėstyta zig-zag būdu, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje. Taigi, kai slėgis yra padarytas tam tikrai lentai, jis lenkiasi ta kryptimi, dėl kurios pasikeičia bendras laido ilgis ir skerspjūvis. Tai lemia laido atsparumo pasikeitimą. Tokiu būdu gautas atsparumas yra labai mažas (keli omai), kurį galima nustatyti naudojant Wheatstone tiltą. Įtempimo matuoklis dedamas į vieną iš keturių tiltelio laikiklių, likusios vertės nepakitusios. Todėl,kai jam taikomas slėgis, kai varža keičiasi, tilteliu einanti srovė skiriasi ir slėgį galima apskaičiuoti.

Įtempimo matuokliai dažniausiai naudojami apskaičiuojant slėgio, kurį gali atlaikyti lėktuvo sparnas, dydį, taip pat jie naudojami tam tikrame kelyje leistinų transporto priemonių skaičiui ir kt.

Apkrovos elementas (svorio jutiklis):

Krūvio elementai yra panašūs į įtempimo matuoklius, kurie matuoja fizinį dydį kaip jėgą ir duoda išėjimą elektrinių signalų pavidalu. Kai ant įtampos elemento yra įtempta tam tikra įtampa, jos struktūra kinta, dėl ko pasikeičia pasipriešinimas, ir pagaliau jo vertę galima sukalibruoti naudojant Wheatstone tiltą. Čia pateiktas projektas, kaip išmatuoti svorį naudojant „Load cell“.

Potenciometras:

Padėčiai nustatyti naudojamas potenciometras. Paprastai jis turi įvairius rezistorių diapazonus, sujungtus su skirtingais jungiklio poliais. Potenciometras gali būti rotacinis arba linijinis. Rotacinio tipo valytuvas sujungtas su ilgu velenu, kurį galima pasukti. Kai velenas pasisuka, valytuvo padėtis keičiasi taip, kad gaunamas pasipriešinimas kinta, dėl ko pasikeičia išėjimo įtampa. Taigi išvestį galima sukalibruoti, kad būtų galima nustatyti jos padėties pasikeitimą.

Koduotojas:

Norint nustatyti padėties pasikeitimą, taip pat galima naudoti kodavimo įrenginį. Jis turi sukamą sukamą diską, turintį tam tikras angas tarp jų, kai pro jį praeina IR spinduliai arba šviesos spinduliai, aptinkami tik keli šviesos spinduliai. Be to, šie spinduliai yra užkoduoti skaitmeniniuose duomenyse (dvejetainiais terminais), kurie atspindi konkrečią padėtį.

Salės jutiklis:

Pats pavadinimas nurodo, kad Hallo efekte veikia jutiklis. Tai galima apibrėžti taip, kad kai magnetinis laukas priartinamas prie srovės laidininko (statmenas elektrinio lauko krypčiai), tada susidaro potencialo skirtumas per tam tikrą laidininką. Naudojant šią savybę, Hall jutiklis naudojamas magnetiniam laukui aptikti ir suteikia išėjimą įtampos atžvilgiu. Reikėtų pasirūpinti, kad „Hall“ jutiklis galėtų aptikti tik vieną magneto ašį.

Salės jutiklis naudojamas keliuose išmaniuosiuose telefonuose, kurie padeda išjungti ekraną, kai dangtelis (kuriame yra magnetas) yra uždarytas ant ekrano. Čia yra vienas praktiškas „Hall“ efekto jutiklio pritaikymas aliarmo signalizacijai.

„Flex Sensor“:

FLEX jutiklis yra keitiklis, kuris keičia savo atsparumą, kai keičiama jo forma arba kai jis yra sulenktas . FLEX jutiklio ilgis yra 2,2 colio arba jo ilgis yra pirštas. Tai parodyta paveiksle. Tiesiog kalbant, jutiklio gnybto varža padidėja, kai jis sulenktas. Šis pasipriešinimo pokytis negali būti naudingas, nebent mes galime jų perskaityti. Valdiklis, esantis valdiklyje, gali nuskaityti tik įtampos pokyčius ir ne mažiau, tam mes naudosime įtampos skirstytuvo grandinę, todėl mes galime išvesti pasipriešinimo pokyčius kaip įtampos pokyčius. Sužinokite čia, kaip naudotis „Flex Sensor“.

Mikrofonas (garso jutiklis):

Mikrofoną galima pamatyti visuose išmaniuosiuose telefonuose ar mobiliuosiuose telefonuose. Jis gali aptikti garso signalą ir paversti juos mažos įtampos (mV) elektriniais signalais. Mikrofonas gali būti įvairių tipų, pvz., Kondensatorinis mikrofonas, kristalinis mikrofonas, anglies mikrofonas ir kt., Kiekvieno tipo mikrofonas veikia pagal tokias savybes kaip talpa, pjezoelektrinis efektas, atsparumas. Pažiūrėkime, kaip veikia kristalinis mikrofonas, veikiantis pjezoelektriniame efekte. Naudojamas bimorfinis kristalas, kuris esant slėgiui ar vibracijai sukuria proporcingą kintamą įtampą. Diafragma yra prijungta prie kristalo per pavaros kaištį taip, kad kai garso signalas patenka į diafragmą, jis juda pirmyn ir atgal,šis judesys keičia pavaros kaiščio padėtį, sukeliančią vibracijas kristale, todėl sukuriama kintama įtampa taikomo garso signalo atžvilgiu. Gauta įtampa tiekiama į stiprintuvą, siekiant padidinti bendrą signalo stiprumą. Čia yra įvairios grandinės, pagrįstos mikrofonu.

Taip pat galite konvertuoti mikrofono vertę decibelais naudodami tam tikrą mikrovaldiklį, pvz., „Arduino“.

Ultragarsinis jutiklis:

Ultragarsas reiškia tik dažnių diapazoną. Jo diapazonas yra didesnis nei girdimasis diapazonas (> 20 kHz), todėl net įjungę negalime nujausti šių garso signalų. Tik konkretūs garsiakalbiai ir imtuvai gali pajausti tas ultragarso bangas. Šis ultragarso jutiklis naudojamas apskaičiuojant atstumą tarp ultragarso siųstuvo ir taikinio, taip pat naudojamas matuoti taikinio greitį .

Ultragarsinis jutiklis HC-SR04 gali būti naudojamas 2–400 cm atstumui matuoti 3 mm tikslumu. Pažiūrėkime, kaip veikia šis modulis. HCSR04 modulis generuoja garso vibraciją ultragarso diapazone, kai „Trigger“ kaištį padarysime aukštą maždaug 10 us, o tai pasiųs 8 ciklų garsinį pliūpsnį garso greičiu ir po smūgio į objektą jį gaus „Echo“ kaištis. Priklausomai nuo to, kiek laiko trunka garso vibracija, ji suteikia tinkamą impulsą. Mes galime apskaičiuoti objekto atstumą pagal laiką, kurį užtrunka ultragarso banga grįžti atgal į jutiklį. Sužinokite daugiau apie ultragarso jutiklį čia.

Yra daugybė ultragarso jutiklio pritaikymų. Galime ja pasinaudoti, kad išvengtume kliūčių automatizuotiems automobiliams, judantiems robotams ir pan. Tas pats principas bus naudojamas RADAR aptikti įsibrovėlių raketas ir lėktuvus. Uodas gali pajusti ultragarso garsus. Taigi, ultragarso bangos gali būti naudojamos kaip repelentas nuo uodų.

Jutiklinis jutiklis:

Šioje kartoje galime sakyti, kad beveik visi naudojasi išmaniaisiais telefonais, turinčiais plačiaekranį ekraną, kuris pajunta mūsų prisilietimą. Taigi, pažiūrėkime, kaip veikia šis jutiklinis ekranas. Iš esmės yra dviejų tipų jutikliniai jutikliai, varžiniai ir talpiniai jutikliniai ekranai . Trumpai žinokime apie šių jutiklių veikimą.

Varžinio jutiklinis turi varžinio lapą pagrindo ir laidžia lapą pagal ekrano abu yra atskirti oro tarpo su nedideliu įtampa, kad lapų. Kai paspaudžiame ar paliečiame ekraną, laidus lakštas tuo momentu paliečia varžinį lakštą, sukeldamas srovės srautą tam tikrame taške, programinė įranga pajunta vietą ir atliekamas atitinkamas veiksmas.

Kadangi talpinis prisilietimas veikia elektrostatinį krūvį, kuris yra mūsų kūne. Ekranas jau įkrautas visu elektriniu lauku. Palietus ekraną, dėl elektrostatinio krūvio, tekančio per mūsų kūną, susidaro artima grandinė. Be to, programinė įranga nusprendžia vietą ir veiksmą, kurį reikia atlikti. Galime pastebėti, kad talpinis jutiklinis ekranas neveiks dėvint rankines pirštines, nes tarp piršto (-ų) ir ekrano nebus laidumo.

PIR jutiklis:

PIR jutiklis reiškia pasyvų infraraudonųjų spindulių jutiklį. Jie naudojami aptikti žmonių, gyvūnų ar daiktų judėjimą . Mes žinome, kad infraraudonieji spinduliai turi atspindėjimo savybę. Infraraudonuoju spinduliu pataikius į objektą, atsižvelgiant į taikinio temperatūrą, pasikeičia infraraudonųjų spindulių savybės, šis gautas signalas lemia daiktų ar gyvų būtybių judėjimą. Net jei keičiasi objekto forma, atspindėtų infraraudonųjų spindulių savybės gali tiksliai atskirti objektus. Čia yra visas veikiantis arba PIR jutiklis.

Akselerometras (pakreipimo jutiklis):

Akselerometro jutiklis gali nujausti jo pasvirimą ar judėjimą tam tikra kryptimi . Jis veikia pagal pagreičio jėgą, kurią sukelia žemės sunkis. Mažos vidinės jo dalys yra tokios jautrios, kad jos reaguos į nedidelį išorinį padėties pasikeitimą. Kai pasviręs jis turi pjezoelektrinį kristalą, jis sukelia trikdžius ir sukuria potencialą, kuris nustato tikslią padėtį X, Y ir Z ašies atžvilgiu.

Jie paprastai matomi mobiliuosiuose telefonuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose, kad būtų išvengta procesoriaus laidų lūžimo. Kai prietaisas krenta, akselerometras nustato kritimo būseną ir atlieka atitinkamus veiksmus, remdamasis programine įranga. Štai keli projektai, naudojantys akselerometrą.

Dujų jutiklis:

Pramoninėse srityse dujų jutikliai vaidina svarbų vaidmenį nustatant dujų nuotėkį. Jei tokiose vietose nėra tokio įrenginio, tai gali sukelti neįtikėtiną nelaimę. Šie dujų jutikliai skirstomi į įvairius tipus, atsižvelgiant į aptinkamų dujų tipą. Pažiūrėkime, kaip veikia šis jutiklis. Po metaliniu lakštu yra jutimo elementas, sujungtas su gnybtais, kur jam naudojama srovė. Kai dujų dalelės patenka į jutimo elementą, tai sukelia cheminę reakciją, todėl elementų varža kinta ir srovė per ją taip pat keičiasi, kuri galiausiai gali aptikti dujas.

Taigi galiausiai galime padaryti išvadą, kad jutikliai naudojami ne tik tam, kad mūsų darbas būtų paprastas matuojant fizinius kiekius, todėl prietaisai yra automatizuoti, bet ir naudojami nelaimę patiriančioms gyvoms būtybėms padėti.