Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία κεφ. 5
•
1 like•839 views
Το 5ο κεφάλαιο στο μάθημα Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία του τομέα Ηλεκτρονικής και ειδικότητας Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστημάτων και Δικτύων, Γ’ τάξη ΕΠΑΛ. Η παρουσίαση αυτή (PPT in PDF) είναι ενεργή, συνοδεύεται από κάποια αρχεία τα οποία συνδέονται με υπερσυνδέσεις. Περισσότερες πληροφορίες στην σελίδα http://www.ilektronikoi.gr/index.php?act=viewCat&catId=19
Recommended
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (8)
Similar to Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία κεφ. 5
Similar to Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία κεφ. 5 (20)
More from Theodoros Leftheroudis
More from Theodoros Leftheroudis (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (20)
Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία κεφ. 5
- 1. ΣΥΛΟΓΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΡΧΕΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΕΦ 5 ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΘΕΣΗΣ - ΓΩΝΙΑΣ
- 2. n 5.1 Εισαγωγή. n 5.2 Αισθητήρια ποτενσιόμετρου. • 5.2.1 Σφάλμα μέτρησης. n 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια. n 5.4 Μαγνητικά αισθητήρια. • 5.4.1 Αισθητήριο φαινόμενου Hall. n 5.5 Οπτικά αισθητήρια. • 5.5.1 Ανιχνευτές προσέγγισης με πολωμένο φως. • 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος. • 5.5.3 Γραμμικά οπτικά αισθητήρια. n 5.6 Χωρητικοί ανιχνευτές κίνησης. n 5.7 Ανιχνευτές θέσης.
- 3. 5.1 Εισαγωγή n Ένα από τα σημαντικά προβλήματα στα ΣΑΕ είναι η μέτρηση και ο έλεγχος της μετατόπισης και περιστροφής ενός αντικειμένου. n Με τον όρο θέση ορίζουμε τις συντεταγμένες ενός σημείου Xo, Yo, Zo ως προς κάποιο σημείο αναφοράς 0,0,0. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 3
- 4. 5.1 Εισαγωγή n Πολλές φορές δεν μας ενδιαφέρει η θέση ενός αντικειμένου, αλλά η μετατόπιση του, δηλαδή η απόσταση της θέσης ενός αντικειμένου από μια προηγούμενη θέση (όχι αναγκαστικά από το σημείο αναφοράς). n Επίσης πολλές φορές είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη γωνιακή μετατόπιση – περιστροφή ενός αντικειμένου. n Ένα άλλο πρόβλημα είναι να ανιχνευτεί αν ένα αντικείμενο έχει φτάσει σε κάποια συγκεκριμένη θέση ή αν πλησιάζει κάποιο άλλο αντικείμενο. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 4
- 5. 5.1 Εισαγωγή n Τα αισθητήρια που ανιχνεύουν και μετρούν την μετατόπιση ενός αντικειμένου ονομάζονται αισθητήρια θέσης (position sensors). n GILL SENSORS INDUSTRIES. n POSITION SENSORS ALL COMPANIES Crankshaft position sensor 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 5
- 6. 5.1 Εισαγωγή
- 7. 5.1 Εισαγωγή n Τα αισθητήρια που μπορούν να ανιχνεύσουν την προσέγγιση ενός αντικειμένου σε κάποιο σημείο ονομάζονται αισθητήρια προσέγγισης (proximity sensors). n PROXIMITY SENSORS ALL COMPANIES Robot Wind Power Plant Apple iPhone Interactive Simulator Uses Inductive 4 proximity Proximity Sensing Proximity Proximity sensor issues Table Modules, Sensor Demo Sensors in Wind Infrared Sensors in V REP Turbines 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 7
- 8. 5.1 Εισαγωγή
- 9. 5.2 Αισθητήρια ποτενσιόμετρου n Τα αισθητήρια αυτά μας δίνουν την θέση ή την απόσταση που έχει διανύσει ένα αντικείμενο σε σχέση με την αντίσταση που μετράμε μεταξύ του δρομέα και του ενός άκρου του ποτενσιομέτρου. n Η αντίσταση του ποτενσιομέτρου δίνεται από την σχέση : n R=ρ*d/S. n Όπου R : η τιμή της αντίστασης. n Όπου ρ : η ειδική αντίσταση (που εξαρτάται από το υλικό κατασκευής). n Όπου d : το μήκος του αντιστάτη. n Και S : η διατομή του. n Παρατηρούμε από την εξίσωση ότι η αντίσταση εξαρτάτε γραμμικά από το μήκος του αντιστάτη. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 9
- 10. 5.2 Αισθητήρια ποτενσιόμετρου n Τα δύο μέρη του ποτενσιομέτρου σχηματίζουν ένα διαιρέτη τάσης οπότε έχουμε : n Όπου d το μήκος της R2 και L το μήκος ολόκληρου του αντιστάτη. R2 R2 Vo = * E Û Vo = *E Û R1 + R2 R d r Vo = S * E Û Vo = E * d L L r S
- 11. 5.2 Αισθητήρια ποτενσιόμετρου n Η σχέση είναι γραμμική εφόσον στην έξοδο του ποτενσιομέτρου δεν είναι συνδεδεμένο κάποιο φορτίο. Για αυτό το λόγο συνήθως στο αισθητήριο δημιουργείται ηλεκτρική αντιστάθμιση. n Ένα άλλο πρόβλημα που δημιουργείται οφείλεται στον τρόπο κατασκευής του ποτενσιομέτρου. Ένα ποτενσιόμετρο δημιουργείται τυλίγοντας ένα σύρμα σε μια μονωτική βάση. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 11
- 12. 5.2 Αισθητήρια ποτενσιόμετρου n Όταν ο δρομέας διατρέχει το ποτενσιόμετρο, δεν παρακολουθεί το τύλιγμα του σύρματος, αλλά κινείται όπως φαίνεται στο σχήμα. n Επομένως η μεταβολή της αντίστασης δεν είναι στην πραγματικότητα συνεχής, αλλά γίνεται κατά μικρές διακριτές ποσότητες ίσες με την αντίσταση μίας σπείρας. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 12
- 13. 5.2 Αισθητήρια ποτενσιόμετρου n Τα ποτενσιομετρικά αισθητήρια έχουν αρκετά καλή ακρίβεια (0,1%), ανάλογα με την κατασκευή τους, αν είναι με αγώγιμο φιλμ η ακρίβεια βελτιώνεται. n Παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια του αισθητηρίου είναι οι ανομοιομορφίες του υλικού (που καταστρέφουν την γραμμικότητα του) και ο θόρυβος από το κύκλωμα προσαρμογής. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 13
- 15. 5.2.1 Σφάλμα μέτρησης Αποδείξαμε ότι η τάση d στην έξοδο του Vo = * E ποτενσιομέτρου είναι : L Όμως οι ποσότητες d και L δεν μεταβάλλονται κατά συνεχή τρόπο, d το μήκος της αντίστασης μεταξύ δρομέα και ενός άκρου του ποτενσιομέτρου και L το συνολικό μήκος του. Έτσι, αν Ν ο ολικός αριθμός τον σπειρών. κ οι σπείρες που έχει διατρέξει ο δρομέας για να προχωρήσει κατά d Και s το μήκος κάθε σπείρας Τότε η τάση εξόδου θα είναι : k*s k Vo = *E = *E N *s N 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 15
- 16. 5.2.1 Σφάλμα μέτρησης Κατά την κίνηση όμως του δρομέα k * ±0.5 υπάρχει απόκλιση κατά μισή σπείρα. Έτσι η τάση εξόδου θα V= *E είναι : N Άρα η τάση απόλυτου σφάλματος 1 θα είναι : DV = ± *E 2* N Και το σχετικό σφάλμα : 1 1 L g =± =± * *E 2*k 2* N d 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 16
- 17. 5.2.1 Σφάλμα μέτρησης n Άρα από την σχέση φαίνεται ότι το σχετικό σφάλμα είναι μεγαλύτερο σε μικρές μετατοπίσεις και μικρότερο στις μεγαλύτερες. Επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σχετικά μεγάλες μετατοπίσεις. n Δηλαδή η τάση εξόδου δεν μεταβάλλεται συνεχώς, άλλα κατά ποσότητες (1/Ν)*Ε. n Έτσι αν η μέγιστη τάση εξόδου Ε αντιστοιχεί στην μέγιστη μετατόπιση a που μπορεί να μετρηθεί, τότε η (1/Ν)*Ε θα αντιστοιχεί σε μία μετατόπιση a/N. n Μετατοπίσεις μικρότερες από αυτή δεν μεταβάλλουν την τάση εξόδου της μετρητικής διάταξης. n Επομένως, η τιμή αυτή αποτελεί την διακριτική ικανότητα του αισθητηρίου. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 17
- 18. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Η μετακίνηση και η θέση ενός αντικειμένου μπορούν επίσης να μετρηθούν με τη βοήθεια ενός αισθητηρίου που βασίζεται στην μαγνητική επαγωγή. n Ένα επαγωγικό αισθητήριο αποτελείται από δύο πηνία, πρωτεύον και δευτερεύον, σε μαγνητική σύζευξη. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 18
- 19. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Το δευτερεύον αποτελείται από δύο τυλίγματα, που είναι τυλιγμένα κατά αντίθετη φορά. n Στο πρωτεύον εφαρμόζεται μια εναλλασσόμενη τάση αναφοράς Vref, που δημιουργεί μια τάση από επαγωγή στο δευτερεύον. n Το μέγεθος της τάσης αυτής εξαρτάται από τη σύζευξη των πηνίων (δηλαδή από την μαγνητική ροή που περνά από το πρωτεύον στο δευτερεύον). 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 19
- 20. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Υπάρχουν δύο τεχνικές μέθοδοι με τις οποίες μπορούμε να αλλάξουμε τη σύζευξη των πηνίων. n Με την πρώτη η μετακίνηση ενός αντικειμένου μετατρέπεται σε μετακίνηση ενός σιδηρομαγνητικού υλικού στο εσωτερικό των πηνίων. n Με την δεύτερη η μετακίνηση ενός αντικειμένου μετατρέπεται σε κίνηση του δευτερεύοντος πηνίου ως προς το πρωτεύον. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 20
- 21. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Σύμφωνα με την πρώτη μέθοδο έχουμε τα : n LVDT (Linear Variable Deferential Transformers). n RVDT (Rotation Variable Deferential Transformers). LVDT 1 LVDT 3 ad598 LVDT Signal Conditioner 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 21
- 22. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n LVDT (Linear Variable Deferential Transformers). 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 22
- 23. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n LVDT (Linear Variable Deferential Transformers). 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 23
- 24. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n LVDT (Linear Variable Deferential Transformers).
- 25. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n RVDT (Rotation Variable Deferential Transformers).
- 26. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Μια τροποποίηση του RVDT αισθητηρίου είναι αντί για δυο πηνία να χρησιμοποιείται ένας αυτομετασχηματιστής. n Σαν τάση εξόδου θεωρείται η διαφορά V2- V1. καθώς ο πυρήνας μετακινείται, η τάση αυτή αλλάζει, επιτρέποντας μετρήσεις ακόμη και πάνω από 180o, ενώ με μικρές τροποποιήσεις μπορεί να μετρήσει γωνίες έως και 360ο. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 26
- 28. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Στο φαινόμενο της επαγωγής βασίζεται και μια κατηγορία αισθητηρίων προσέγγισης, που ονομάζονται eddy current sensors. n Οι αισθητήρες αυτοί αποτελούνται από δύο πηνία, ένα αναφοράς και ένα μέτρησης. Το πρώτο δημιουργεί ένα RF πεδίο (περίπου 100 KHz-1MHz). n Καθώς ένα μεταλλικό αντικείμενο εισέρχεται στο πεδίο αυτό, δημιουργούνται επαγωγικά ρεύματα στην επιφάνεια του, τα ρεύματα αυτά δημιουργούν ένα δευτερεύον πεδίο, που αλληλεπιδρά με το πρώτο. n Το τελικό αποτέλεσμα είναι η δημιουργία ηλεκτρικού σήματος στο δεύτερο πηνίο του αισθητηρίου, ανάλογο με την απόσταση του αντικειμένου. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 28
- 29. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Η σχέση μεταξύ της απόστασης του αγώγιμου αντικειμένου και της εξόδου του αισθητηρίου είναι μη γραμμική. n Το αισθητήριο επηρεάζεται αρκετά Film_thickness_ measurementm από την θερμοκρασία. n Για αυτούς τους λόγους το αισθητήριο αυτού του τύπου χρησιμοποιείται κυρίως για την ανίχνευση μεταλλικών αντικειμένων σε (ON/OFF) λειτουργία, για έλεγχο πάχους, κ.λ.π. n Eddy-Current Sensors. Pipeline Inspection n Metal detector (wikipedia). at SwRI 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 29
- 32. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια n Ένα άλλο αισθητήριο προσέγγισης είναι το αισθητήριο προσέγγισης εγκάρσιας επαγωγής (transverse inductive proximity sensor), που στηρίζεται στο φαινόμενο της αυτεπαγωγής. n Το αισθητήριο αυτό μετρά την απόσταση ενός αντικειμένου, που μεταβάλλει το μαγνητικό πεδίο του. Ένα πηνίο με οπλισμό δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που αλλάζει καθώς πλησιάζει ένα μεταλλικό αντικείμενο. n Είναι μη γραμμικό και χρησιμοποιείτε για μικρές αποστάσεις. n Επειδή οι αποστάσεις είναι μικρές η επιφάνεια του αντικειμένου θα πρέπει να είναι επίπεδη, ώστε να τέμνει κάθετα το πεδίο. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 32
- 33. 5.3 Επαγωγικά αισθητήρια Internal circuits of an inductive proximity sensor 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 33
- 34. 5.4 Μαγνητικά αισθητήρια n Η λειτουργία των αισθητηρίων αυτών βασίζεται στην αλλαγή ενός μαγνητικού πεδίου που δημιουργεί ένας μαγνήτης, προσαρμοσμένος στο κινούμενο αντικείμενο. Η μεταβολή αυτή καταγράφεται από το αισθητήριο και μετατρέπεται σε τάση. n Το απλούστερο μαγνητικό αισθητήριο είναι ένας μαγνητικός διακόπτης. n Αποτελείται από ένα ζευγάρι κλειστών επαφών που αλλάζουν κατάσταση όταν το αισθητήριο αλληλεπιδράσει με ένα μαγνητικό πεδίο. Κυριότερη εφαρμογή είναι στα συστήματα ασφαλείας (πόρτες), ο διακόπτης ενεργοποιείται όταν ο μαγνήτης πλησιάσει και απενεργοποιείται όταν απομακρυνθεί. n Άλλα μαγνητικά αισθητήρια είναι τα αισθητήρια Hall, τα αισθητήρια μαγνητοαντίστασης κ.α. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 34
- 36. 5.4.1 Αισθητήριο φαινομένου Hall n Σύμφωνα με το φαινόμενο Hall, αν ένας αγωγός διαρέεται από ρεύμα I και τοποθετηθεί εντός του μαγνητικού πεδίου επαγωγής B, τότε δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο, κάθετο στο επίπεδο των I, B, και εμφανίζεται μια διαφορά δυναμικού.
- 37. 5.4.1 Αισθητήριο φαινομένου Hall n Η τάση αυτή ονομάζεται εγκάρσια διαφορά δυναμικού Hall (transverse Hall potential difference) n VH=h*I*B*sin a n Όπου a : η γωνία του διανύσματος της απαγωγής B και του επιπέδου του a αντικειμένου. n Το h : ένας συντελεστής που εξαρτάτε από την επιφάνια του μετάλλου, το υλικό και την γεωμετρία του. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 37
- 38. 5.4.1 Αισθητήριο φαινομένου Hall n Υπάρχουν δύο τύποι Hall αισθητηρίων : n Τα γραμμικά (linear). n Τα αισθητήρια αυτά δίνουν μια dc έξοδο και είναι κατάλληλα για μέτρηση, λειτουργούν σε μια ευρεία περιοχή τάσεων και είναι σταθερά σε θόρυβο. n Έχουν όμως το μειονέκτημα ότι στην πράξη δεν είναι απόλυτα γραμμικά σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο και επομένως για ακριβείς μετρήσεις χρειάζονται ρύθμιση και ενίσχυση. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 38
- 39. 5.4.1 Αισθητήριο φαινομένου Hall n Και τα κατωφλιού (threshold). n Τα οποία εκτός από ενίσχυση χρειάζονται και ένα κύκλωμα Schmitt trigger με υστέρηση. n Παρουσιάζουν μια ON/OFF λειτουργία και επομένως δεν είναι κατάλληλα για μέτρηση, αλλά μόνο για ανίχνευση. n Τα αισθητήρια Hall χρησιμοποιούνται για να μετρήσουμε ή να ελέγξουμε μικρές μετακινήσεις ή περιστροφές. n Συνήθως, στο αντικείμενο είναι προσαρμοσμένος μικρός μαγνήτης, οπότε, κατά την κίνηση του αντικειμένου, το μαγνητικό πεδίο που δρά στο αισθητήριο μεταβάλλεται. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 39
- 40. 5.4.1 Αισθητήριο φαινομένου Hall n The Hall effect wikipedia. n The Hall effect who it works VIDEO n Using a magnetic hall effect sensor to see distance VIDEO n Hall Effect Tachometer for Electric Motor Demo VIDEO n Hall Effect WSS or Wheel Speed Sensor VIDEO n Magnetic Levitator VIDEO n The hall effect by hyperphysics n Motor On A Hall Effect Switch 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 40
- 41. 5.5 Οπτικά αισθητήρια n Πλεονεκτήματα των οπτικών αισθητηρίων έναντι των υπολοίπων είναι : • Η μεγάλη διάρκεια ζωής τους. • Δεν επηρεάζονται από μαγνητικά ή ηλεκτρικά πεδία. n Ένα οπτικό αισθητήριο συνήθως αποτελείται από τρία εξαρτήματα : • Μια φωτεινή πηγή. • Έναν φωτοανιχνευτή. • Και ένα κύκλωμα οδήγησης του φωτός. n Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από την πηγή ανακλάται από την επιφάνεια που εξετάζουμε. Η ένταση της ακτινοβολίας που τελικά φτάνει στον ανιχνευτή εξαρτάται από την απόσταση της επιφάνειας. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 41
- 42. 5.5 Οπτικά αισθητήρια n Στην πρώτη περίπτωση η ίδια οπτική ίνα χρησιμοποιείται σαν αγωγός και για την προσπίπτουσα και για την ανακλώμενη ακτινοβολία. n Ενώ στην δεύτερη χρησιμοποιούνται ανεξάρτητες ίνες. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 42
- 43. 5.5.1 Ανιχνευτές προσέγγισης με πολωμένο φως n Πόλωση (polarization) του φωτός ονομάζουμε την ιδιότητα των φωτονίων να ταλαντώνονται σε συγκεκριμένη κατεύθυνση. Η διεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται κατά αυτό τον τρόπο ονομάζεται διεύθυνση πόλωσης. n Οι περισσότερες πηγές παράγουν φως με τυχαία διεύθυνση πόλωσης, με κατάλληλα φίλτρα, όμως μπορούμε να πολώσουμε την ακτινοβολία στην διεύθυνση που επιθυμούμε. n Ένα φίλτρο πόλωσης επιτρέπει τη διέλευση του φωτός χωρίς απόσβεση κατά μια μόνο διεύθυνση πόλωσης. n Έτσι, αν η αρχική διεύθυνση πόλωσης του φωτός είναι κάθετη σε αυτή, τότε η ακτινοβολία δεν περνά από το φίλτρο. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 43
- 44. 5.5.1 Ανιχνευτές προσέγγισης με πολωμένο φως
- 45. 5.5.1 Ανιχνευτές προσέγγισης με πολωμένο φως n Polarization physics class room n Φωτοκύτταρα (βιομηχανικοί αυτοματισμοί Βασίλογλου) n Πολωτής (polarizer wikipedia) n Πόλωση ελληνική WIKIPEDIA n polarized light VIDEO 1 n Polarized light VIDEO 2 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 45
- 46. 5.5.1 Ανιχνευτές προσέγγισης με πολωμένο φως n Η ακτινοβολία πολώνεται από το ένα φίλτρο. Αν στην εμβέλεια της συναντήσει αντικείμενο μη μεταλλικό, τότε ανακλάται και αλλάζει διεύθυνση πόλωσης. n Η ανακλώμενη ακτινοβολία περνά από το δεύτερο φίλτρο και φτάνει στον ανιχνευτή του αισθητηρίου. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 46
- 47. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor) n Ένας οπτικός μετατροπέας μετακίνησης μπορεί να κατασκευαστεί με δύο πλέγματα (διαφράγματα), ένα σταθερό και ένα κινητό μαζί με την προς μέτρηση επιφάνεια. Τα πλέγματα λειτουργούν σαν ένας ρυθμιστής της έντασης της ακτινοβολίας. n Μετά την πηγή, η ακτινοβολία πέφτει σε ένα ακίνητο πλέγμα, το οποίο έχει διαφανείς και αδιαφανείς λωρίδες και επιτρέπει περίπου το 50 % να περάσει προς το δεύτερο, κινούμενο πλέγμα. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 47
- 48. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor) n Όταν το αδιαφανές τμήμα του πλέγματος αυτού ευθυγραμμίζεται πλήρως με τα διαφανή τμήματα του ακίνητου πλέγματος, τότε η ακτινοβολία αποκόπτεται εντελώς. n Έτσι, η ένταση του φωτός μπορεί να διαμορφώνεται από την κίνηση του δεύτερου πλέγματος μεταξύ 0 και 50 %. n Η ακτινοβολία που τελικά περνά εστιάζεται πάνω σε ένα φωτοανιχνευτή, όπου μετατρέπεται σε αναλογικό ηλεκτρικό σήμα. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 48
- 49. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor)
- 50. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor) n Το αισθητήριο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μέτρηση μετατόπισης ή περιστροφής. Στην δεύτερη περίπτωση, τα πλέγματα – διαφράγματα έχουν τη μορφή κυκλικών δίσκων. n Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται για την κατασκευή περιστροφικών ή γραμμικών κωδικοποιητών (encoder), που αποτελούν φτηνή και πολύ συνηθισμένη λύση για μέτρηση περιστροφής ή μετακίνησης. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 50
- 51. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor)
- 52. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor) 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 52
- 53. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor) n Καθώς το αντικείμενο μετακινείται ή περιστρέφεται, ο δίσκος περιστρέφεται και αποκόπτει ή επιτρέπει την διέλευση της ακτινοβολίας προς τον φωτοανιχνευτή (ανάλογα αν η ακτινοβολία συναντά διαφανή ή αδιαφανή ακτίνα). n Με τον τρόπο αυτό στην έξοδο του αισθητηρίου δημιουργείται μια παλμοσειρά, όπου ο κάθε παλμός αντιστοιχεί σε συγκεκριμένη στοιχειώδη μετατόπιση ή περιστροφή. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 53
- 54. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor) n Με ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα γίνεται η καταμέτρηση των παλμών, όποτε οδηγούμαστε στην μέτρηση της μετακίνησης ή περιστροφής. n Αν χρησιμοποιήσουμε δύο φωτοανιχνευτές σε διαδοχικά διαφανή τμήματα και συγκρίνουμε τις παλμοσειρές που προκύπτουν, η μεταξύ τους διαφορά φάσης δίνει την κατεύθυνση της κίνησης. n Η ακρίβεια του αισθητηρίου εξαρτάται από τον αριθμό των ακτινωτών τμημάτων που έχει ο δίσκος. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 54
- 55. 5.5.2 Αισθητήριο πλέγματος (grating sensor) •Optical Encoder Pulse Counting with a PLC VIDEO •Prototype Low-cost Analog-type Absolute Optical Encoder VIDEO Gurley Home Page Digital Encoders
- 56. 5.5.3 Γραμμικά οπτικά αισθητήρια (linear optical sensors) n Για μετρήσεις με ακρίβεια σε μεγάλες ή μικρές μετατοπίσεις χρησιμοποιούνται αισθητήρια με υπέρυθρη ακτινοβολία. n Ένα παράδειγμα τέτοιου αισθητηρίου είναι ο ανιχνευτής θέσης (position sensitive detector – PSD). n Αποτελείται από δύο τμήματα : μια δίοδο φωτεινής εκπομπής LED και το αισθητήριο PSD. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 56
- 57. 5.5.3 Γραμμικά οπτικά αισθητήρια (linear optical sensors) n Η θέση ενός αντικειμένου μετράται εφαρμόζοντας την αρχή της γωνιακής μέτρησης. n Το LED εκπέμπει μια ακτινοβολία, ένας φακός δημιουργεί μια δέσμη μικρής γωνίας απόκλισης (<2ο). n Η ακτινοβολία αυτή ανακλάται από ένα αντικείμενο και ένας δεύτερος φακός την εστιάζει πάνω στην ευαίσθητη επιφάνεια του αισθητηρίου. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 57
- 58. 5.5.3 Γραμμικά οπτικά αισθητήρια (linear optical sensors) n Επάνω στο αισθητήριο δημιουργούνται δύο ρεύματα ΙΑ και ΙΒ που εξαρτώνται από την απόσταση χ. n Τα PSD αισθητήρια είναι δύο τύπων μίας και δύο κατευθύνσεων : n Μετρούνται μετακινήσεις σε ευθεία γραμμή. n Μετρούνται μετακινήσεις σε ένα επίπεδο. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 58
- 59. 5.5.3 Γραμμικά οπτικά αισθητήρια (linear optical sensors)
- 60. 5.5.3 Γραμμικά οπτικά αισθητήρια (linear optical sensors) Position Sensitive Detectors 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 60
- 61. 5.6 Χωρητικοί ανιχνευτές κίνησης (capacitive detectors) n Οι ανιχνευτές κίνησης είναι μια κατηγορία αισθητήρων θέσης ή κίνησης, αφού ενεργοποιούνται όταν ένα αντικείμενο κινείται. n Έχουν μεγάλη εφαρμογή κυρίως στα συστήματα ασφαλείας. n Η λειτουργία τους βασίζεται στην μεταβολή που υφίσταται μια χωρητικότητα, όταν μεταβάλλεται το διηλεκτρικό της. n Κατασκευαστικά δημιουργείται ένας πυκνωτής μεταξύ μιας αγώγιμης πλάκας και της γης. n Όταν ένα αντικείμενο κινηθεί κοντά στην πλάκα τότε το διηλεκτρικό του πυκνωτή αυτού αλλάζει, άρα αλλάζει και η χωρητικότητα του. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 61
- 62. 5.6 Χωρητικοί ανιχνευτές κίνησης (capacitive detectors)
- 63. 5.6 Χωρητικοί ανιχνευτές κίνησης (capacitive detectors) Capacitive Touch Sensor Capacitive Touch Sensor VIDEO Thickness Measurement with Capacitive Sensors VIDEO Capacitive Sensors VIDEO 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 63
- 64. 5.7 Ανιχνευτές θέσης n Ο απλούστερος τρόπος να ελεγχθεί αν ένα κινούμενο αντικείμενο έφτασε σε μια συγκεκριμένη θέση, είναι με έναν τερματικό διακόπτη που τοποθετείται στη θέση αυτή. Όταν το αντικείμενο χτυπήσει το διακόπτη, αυτός αλλάζει κατάσταση στις επαφές του. n Η μέθοδος αυτή έχει το σοβαρό μειονέκτημα της μηχανικής καταπόνησης των διακοπτών, που οδηγεί στην καταστροφή τους. n Έτσι, επιδιώκεται η ανίχνευση να γίνεται χωρίς να υπάρχει μηχανική επαφή. n Το πρόβλημα αυτό λύνουν τα φωτοκύτταρα. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 64
- 65. 5.7 Ανιχνευτές θέσης n Ένα φωτοκύτταρο αποτελείται από ένα πομπό (transmitter) και έναν δέκτη (receiver). Ο πρώτος εκπέμπει μια φωτεινή ακτινοβολία που συλλέγεται από τον δεύτερο. n Όταν στην πορεία της ακτινοβολίας παρεμβληθεί ένα αντικείμενο, η δέσμη αποκόπτεται και το αισθητήριο αλλάζει την κατάσταση εξόδου του. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 65
- 66. 5.7 Ανιχνευτές θέσης n Υπάρχουν τρεις τύποι φωτοκυττάρων : n Με ανεξάρτητο πομπό και δέκτη (μεγάλης εμβελείας) n Με ένα πομποδέκτη, όπου η φωτεινή δέσμη ανακλάται από το αντικείμενο (μικρής εμβέλειας). n Με έναν πομποδέκτη και ανακλαστήρα, όπου η δέσμη ανακλάται από μία κατάλληλη επιφάνεια που λέγεται ανακλαστήρας (μέσης εμβέλειας). n Στην έξοδο του αισθητηρίου μπορούμε να συνδέσουμε έναν ρελέ, τρανζίστορ ή θυρίστορ. 12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ 1708 66