Andurid on elektroonikainfoseadmete tootmistööstuse põhitooted ja esindavad spetsiaalseid komponente uute elektroonikakomponentide hulgas, mille arendamine on prioriteetne. Anduritööstus, mis on kodumaal ja rahvusvaheliselt paljutõotav kõrgtehnoloogiline sektor, äratab ülemaailmset tähelepanu oma kõrge tehnoloogilise sisu, tugeva majandusliku kasumi, ulatusliku turule sisenemise ja laiade turuväljavaadete poolest. Ajendatuna õitsevast elektroonilise teabetööstuse turust, on Hiina andurite sektor loonud tugeva tööstusliku aluse. Märkimisväärseid edusamme on tehtud tehnoloogilise innovatsiooni, sõltumatu teadus- ja arendustegevuse, saavutuste kommertsialiseerimise ja konkurentsivõime alal, mis on oluliselt kaasa aidanud riigi majandusarengule.
Infoajastu tulekuga on anduritest saanud inimeste peamine vahend teabe hankimiseks nii looduslikust kui ka tööstusvaldkonnast. Kaasaegses tööstuslikus tootmises-eriti automatiseeritud protsessides- jälgivad ja juhivad mitmed andurid peamisi parameetreid, et hoida seadmeid optimaalsetes töötingimustes ja tagada toote kvaliteet. Anduritel on fundamentaalsetes teadusuuringutes veelgi olulisem koht.
Tänapäeval on andurid läbinud väga laia valikut valdkondi, sealhulgas tööstuslikku tootmist, kosmoseuuringuid, okeanograafiat, keskkonnakaitset, ressursside uuringuid, meditsiinilist diagnostikat, biotehnoloogiat ja isegi kultuurimälestiste säilitamist. Ilmselt on sensortehnoloogia elutähtis roll majandusarengus ja sotsiaalses progressis vaieldamatu. Statistika näitab, et ülemaailmse nutikate andurite turu aastane tulu kasvab prognooside kohaselt 10% aastas. Praegu on maailmas 65 miljonit protsessoriga sensorseadet, mis ulatub 2019. aastaks prognooside kohaselt 2,8 triljonini.
Peamised kaalutlused anduri valimisel
Sensoriteadmised on oluline elektrotehnika haru, mille valdamiseks on vaja ulatuslikke kogemusi. Uurime seda edasistes aruteludes. Täna keskendume eelkõige valikukriteeriumidele.
1. Määrake tüüp mõõtmisobjekti ja väljundi nõuete põhjal
Konkreetse mõõtmisülesande täitmiseks tuleb kõigepealt valida sobiv anduri põhimõte. See otsus nõuab mitme teguri analüüsimist. Näiteks hõlmavad voolumõõturid elektromagnetilisi, keerise- ja ultraheliseadmeid. Sobiva voolumõõturi valimine eeldab konkreetsete eesmärkide seadmist. Lisaks kaaluge nõutavat väljundrežiimi-, nagu 2- või 4-juhtmelised voolusignaalid (0–20 mA, 4–20 mA), 0–10 V pingesignaalid või sideprotokollid.
2. Valik tundlikkuse alusel
Tavaliselt eelistatakse anduri lineaarses vahemikus kõrgemat tundlikkust. Ainult kõrge tundlikkuse korral vastab väljundsignaal oluliselt mõõdetud koguse muutustele, hõlbustades signaali töötlemist. Pange tähele, et kõrge tundlikkus muudab anduri vastuvõtlikuks ka välisele mürale, mis ei ole seotud mõõdetud kogusega. Süsteem võib seda müra võimendada, mis kahjustab mõõtmise täpsust. Seetõttu peaks anduril endal olema kõrge signaali-/-müra suhe, et minimeerida välistest allikatest tulenevaid häireid.
Anduri tundlikkus on suunatud. Kõrgete suunanõuetega ühesuunalise vektori mõõtmisel valige muudes suundades madala tundlikkusega andur. Mitmemõõtmeliste vektorite puhul minimeerige anduri rist-tundlikkus.
3. Sagedusvastuse karakteristikute hindamine
Anduri sagedusreaktsioon määrab mõõdetava sagedusvahemiku, mis peab jääma lubatud piirides{0}}moonutusvabaks. Praktikas ilmneb anduri reageerimisel alati teatav viivitus, ideaalis minimeeritud. Kõrgem sagedusreaktsioon võimaldab laiemaid mõõdetavaid signaalisagedusi. Dünaamiliste mõõtmiste puhul peavad reageerimisomadused ühtima signaali omadustega (püsiolek-, mööduv, juhuslik jne), et vältida liigseid vigu.
4. Anduri stabiilsuse alusel
Anduri võimet säilitada aja jooksul ühtlast jõudlust nimetatakse stabiilsuseks. Pikaajalist stabiilsust{1}}mõjutavate tegurite hulka ei kuulu mitte ainult anduri sisemine struktuur, vaid eelkõige selle töökeskkond. Seetõttu peavad andurid hea stabiilsuse tagamiseks olema tugeva keskkonnaga kohanemisvõimega. Enne anduri valimist uurige selle kavandatud töökeskkonda. Valige sobiv andur konkreetsete tingimuste alusel või rakendage meetmeid keskkonnamõju minimeerimiseks.
5. Vahemik ja täpsus: tasakaalu saavutamiseks kõige keerulisem paar
Täpsus on andurite jaoks kriitiline jõudlusnäitaja, mis toimib olulise lülina süsteemi üldise mõõtmistäpsuse määramisel. Anduri täpsust piirab aga selle ulatus: üldiselt annab suurem vahemik väiksema täpsuse. Vastupidi, suure täpsusega-anduritel puudub sageli piisav tööulatus, mistõttu suure-täpsusega ja suure ulatusega-andurid on ülemäära kallid. Seetõttu on andurite valimisel vaja tasakaalustatud lähenemist.
Proovivõtuandurite valimisel veenduge, et seade vastaks rakenduse põhilistele töötingimustele (vt tootja andmelehti).
Kuus kõige kriitilisemat töötingimust hõlmavad järgmist:
1) temperatuurivahemik;
2) spetsifikatsioonid;
3) kaitseaste;
4) Pingevahemik;
5) Diskreetne või analoogväljund;
6) Parameetrite varieerumine, täpsemalt see, kas "reguleeritavad parameetrid on kasulikud".
IO{0}}Lingi konfigureerimise võimalusega andurite kaalumisel väärivad tähelepanu kuus täiendavat tegurit.
1) reageerimiskiirus;
2) Sensingu ulatus;
3) Korratavus;
4) Elektriühendus;
5) Paigaldustüüp;
6) Visuaalne ekraan: kas rakendus nõuab anduril visuaalset indikaatorit.
Kaasaegses tööstuslikus tootmises, eriti automatiseeritud protsessides, jälgivad ja juhivad erinevad andurid kogu tootmise parameetreid. See tagab, et seadmed töötavad normaalselt või optimaalselt, saavutades samal ajal kõrgeima tootekvaliteedi. Seega, ilma suure hulga kvaliteetsete{2}}anduriteta poleks tänapäevasel tootmisel alust. Järgnevalt kirjeldatakse mitut tootmises levinumat anduritüüpi koos rakendusnäpunäidete ja -ülevaadetega.
Levinumad anduritüübid
Läheduse andurid
Lähedusandurid tuvastavad läheduses asuvate objektide olemasolu ilma füüsilise kontaktita. Need andurid on diskreetsed väljundseadmed. Tavaliselt tuvastavad magnetilised lähedusandurid, kas täiturmehhanism on jõudnud teatud asendisse, tuvastades täiturmehhanismis asuva magneti.
Ühelt ettevõttelt täiturmehhanismi ja teiselt magnetilise lähedusanduri ostmine ei ole üldiselt soovitatav. Kuigi andurite tootjad võivad väita ühilduvust X-, Y- ja Z-ajamiga, võivad magnetite ja paigaldusasendite erinevused põhjustada tundlikkuse probleeme. Näiteks võib andur lülituda tööle, kui magnet on valesti joondatud või ei saa üldse pinget sisse lülitada. Kui täiturmehhanismi tootja pakub sobivat lähedusandurit, peaks see olema eelistatud valik.
Transistori{0}}põhistel lähedusanduritel pole liikuvaid osi ja need pakuvad pikemat kasutusiga. Pilliroo-põhised lähedusandurid kasutavad mehaanilisi kontakte, mille tulemuseks on lühem eluiga, kuid madalamad kulud võrreldes transistortüüpidega. Pilliroo andurid sobivad kõige paremini rakendustele, mis nõuavad vahelduvvoolu ja kõrget temperatuuri{4}}.
Positsiooniandurid
Asendianduritel on analoogväljundid, mis näitavad täiturmehhanismi asendit magnetite asukoha alusel täiturmehhanismil. Juhtimise seisukohast pakuvad asendiandurid märkimisväärset paindlikkust. Juhtimisinsenerid saavad komponentide variatsioonidega vastavusse viimiseks määrata rea sätteväärtusi.
Kuna need asendiandurid põhinevad magnetitel (nagu lähedusandurid), on soovitatav võimalusel hankida nii andurid kui ka täiturmehhanismid samalt tootjalt. IO-Lingi funktsioon võimaldab hankida andmeid asukohaanduritelt, lihtsustades juhtimist ja hõlbustades parameetrite määramist.
Induktiivsed andurid
Induktiivsed lähedusandurid kasutavad Faraday induktsiooniseadust objekti olemasolu tuvastamiseks või asukoha väljundi simuleerimiseks. Induktiivsete andurite valimisel on kõige kriitilisem tegur metalli tüübi kindlaksmääramine, mille andur tuvastab, määrates seeläbi tundlikkuse kauguse. Võrreldes mustade metallidega vähendavad värvilised metallid tundlikkust üle 50%. Andurite tootjate tootejuhendid peaksid sisaldama näidise valimiseks vajalikku teavet.
Rõhu- ja vaakumiandurid
Veenduge, et rõhu- või vaakumiandurid vastaksid mõõtmisvahemikele nii inglise (psi) kui ka meetermõõdustikus (baar). Määrake eraldatud ruumi jaoks sobivaim vormitegur. Seadme paigaldamise ajal kaaluge, kas anduritel peaks kasutaja mugavuse huvides olema näidikutuled või kuvar. Seadete kiireks reguleerimiseks kaaluge IO-Linkiga varustatud rõhu- ja vaakumiandureid.
Vooluandurid
Sarnaselt rõhu- ja vaakumianduritele saab vooluandureid valida vooluvahemiku, suuruse ja seadeväärtuste varieeruvuse alusel. Kuvamise valikuid saab määrata andurite tellimisel. Suhteliselt madala vooluhulgaga vooluandureid saab valida konkreetsete tsoonide või kogu seadmerakenduse jaoks.
Optilised andurid
Kõige levinumad optilised andurid on fotoelektriline hajumine, peegeldav ja läbiv{0}}kiir. Laserandurid ja fiiberoptilised andurseadmed kuuluvad samuti optiliste andurite kategooriatesse.
Enamik fotoelektrilisi andureid tuvastab objekte valgust peegeldades või kiirt katkestades. Tänu oma madalale hinnale, mitmekülgsusele ja suurele töökindlusele on need andurid tootmises kõige laialdasemalt kasutatavad. Hajus-peegeldavad fotoelektrilised andurid ei vaja reflektorit. Need pakuvad suurepärast kulu-jõudlust läheduses olevate objektide tuvastamiseks.
Läbi-kiire fotoelektrilised andurid pakuvad pikima tundlikkuse ulatust. Need andurid paigaldavad saatja ja vastuvõtja üksused kahte eraldi punkti. Garaažiukse turvaandurid on valgusvihuandurite näited. Kui kiir katkeb, näitab see sihtmärgi olemasolu. Pilu-tüüpi fotoelektriline andur on huvitav läbi-kiire variant; see ühendab saatja ja vastuvõtja üheks kompaktseks seadmeks. Pilu-tüüpi valgusandureid kasutatakse väikeste komponentide olemasolu või puudumise tuvastamiseks.
Peegeldavatel fotoelektrilistel anduritel on andur ja reflektor kesk{0}}kohaoleku tuvastamiseks. Täpsuse ja kulude poolest jäävad need andurid hajus- ja läbiva{2}}kiirte tüüpide vahele.
Fiiberoptilisi andureid kasutatakse kohaloleku ja kauguse tuvastamiseks. Nende mitmekülgsete andurite parameetreid saab reguleerida erinevate värvide, taustade ja kauguste tuvastamiseks.
Laserandureid saab kasutada kaug{0}}kohaoleku tuvastamiseks ja need pakuvad lühimaa{1}}mõõtmisrakendustes suurimat täpsust.
Nägemisandurid sobivad vöötkoodi lugemiseks, loendamiseks, kuju kontrollimiseks jms. Need kujutavad{1}}kuluefektiivset lahendust nägemisrakenduste jaoks, kus kaamerasüsteemid on ülemäära kallid või keerulised. Nägemisandurid loevad vöötkoode, jälgivad üksikuid komponente ja teostavad nendele komponentidele kohandatud protsesse. Andurid saavad kontrollida detailil olevate funktsioonide arvu. Nägemisandurid suudavad kindlaks teha, kas määratud kõver või muu kuju on saavutatud. Kuna need andurid töötlevad valgust, on nende testimine tegelikule töökeskkonnale võimalikult lähedastes tingimustes -ümbritseva valguse ja tausta peegelduvuse osas-kriitilise tähtsusega. Enamiku rakenduste puhul on soovitatav paigutada nägemisandurid korpusesse, et isoleerida need välistest valgusallikatest. Nägemisanduri tootjalt abi otsimine anduri testimise ajal on hea mõte. Lisaks ärge unustage valida sobiva väljasiini.
Signaalimuundurid muudavad anduri analoogväljundsignaali muunduri digitaalseks signaaliks. Teine võimalus on teisendada IO-Link protsessiandmeteks.
Muud andurid
1. Magnetlüliti:See on spetsiaalne termin silindrianduri jaoks, mida kasutatakse peamiselt silindri kolvi asukoha tuvastamiseks. Tavaliselt pakuvad balloonide tarnijad neid andureid, mis on kohandatud klientide kasutusstsenaariumidele. Nagu nimigi viitab, tuvastavad magnetlülitid sihtmärke elektromagnetilise induktsiooni abil, mille tulemuseks on suhteliselt madal tuvastamise täpsus.
2. Läheduslülitid:Elektromagnetilise induktsiooni põhimõtetel põhinevad läheduslülitid suudavad tuvastada ainult metallist sihtmärke, kuid olenevalt metalli tüübist võivad tuvastamiskaugused olla väikesed. Läheduslülitite levinumad tuvastusvahemikud hõlmavad: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm jne. Läheduslüliteid on tavaliselt kahte tüüpi: süvistatavad- ja mitte Mahutatud{11}}kinnituslüliti tähendab, et andurpea ei tuvasta metallist sihtmärke oma ümbermõõdu ümber, vaid tuvastab ainult otse selle ees olevad sihtmärgid. Teisisõnu ei pea anduri anduripea metallist kinnitusklambrist kaugemale ulatuma. Mitte--tasapinnaga{15}}paigaldatud tüübid tuvastavad nii esi{16}}vaatega kui ka ümbermõõduga metallist sihtmärke. Siin peab anduri pea metallist kinnitusklambrist välja ulatuma ja valetuvastuse vältimiseks ei tohi teatud ümbermõõdu ulatuses olla metallesemeid. Läheduslülitid pakuvad suuremat tuvastamise täpsust kui magnetlülitid. Tavaliselt kasutatakse neid rakendustes, mis nõuavad suhteliselt madalat asukohatäpsust, näiteks toote olemasolu või kinnituse positsioneerimise kontrollimiseks.
3. Fotoelektrilised lülitid:Fotoelektriline tuvastamine pakub selliseid eeliseid nagu suur täpsus, kiire reageerimine ja kontaktivaba{0}}töö. See suudab mõõta mitut parameetrit, sellel on lihtsad anduristruktuurid ja paindlikud konfiguratsioonid. Sellest tulenevalt kasutatakse fotoelektrilisi andureid laialdaselt tuvastamis- ja juhtimissüsteemides. Levinud tüübid on: peegeldavad fotoelektrilised andurid, läbi-kiirega fotoelektrilised andurid ja andurid, mis kasutavad valguskiirte peegeldamiseks peegeldavaid plaate. Kaks viimast tüüpi tuvastavad, blokeerides sihtobjektilt tuleva valguse, samas kui esimene tuvastab sihtmärgilt peegelduva valguse tuvastamise. Sellest tulenevalt pakuvad kaks viimast tavaliselt pikemat tuvastamisvahemikku ja suuremat täpsust. Tänu suurele tuvastamistäpsusele kasutatakse fotoelektrilisi andureid tavaliselt toodete või robottoorikute täpseks positsioneerimiseks, samuti samm- ja servomehhanismide tagasisidesüsteemides.
4. Fiiberoptilised andurid:Fiiberoptilised andurid on teist tüüpi tuvastuselemendid, mis kasutavad fotoelektrilist signaali muundamist. Võrreldes fotoelektriliste lülititega suudavad need tavaliselt tuvastada väiksemaid objekte, töötada suurematel vahemaadel ja pakkuda suuremat täpsust. Sellest tulenevalt kasutatakse kiudoptilisi andureid tavaliselt suuremat täpsust nõudvates rakendustes ning positsioneerimis-tagasisideseadmetena stepper- ja servosüsteemides.
5. Fotoelektrilised andurid:Fotoelektrilised andurid kasutavad ka fotoelektrilisi signaale. Suure tuvastusala korral nimetatakse neid sageli alaanduriteks. Nende peamine rakendus seisneb seadmete vahelises blokeerimises ja turvafunktsioonides, eriti inimeste kaitsesüsteemides.
6. Termopaarid:Termopaari kasutatakse peamiselt ümbritseva keskkonna temperatuuri tuvastamiseks.
7. Laserskannerid:Laserskannerid töötavad peamiselt sihtobjektide mõõtmete kontuuride täpseks mõõtmiseks.
8. Tööstuslikud kaamerad:Inseneriteaduses tuntud ka kui CCD (Charge{0}}coupled Device) kaamerad, kasutatakse tööstuskaameraid peamiselt sihtobjektide kuju ja asukoha tuvastamiseks. Tänu CCD-tehnoloogia edusammudele on kõrge eraldusvõimega{2}}tööstuskaamerad nüüd kasutatavad täppismõõtmise valdkonnas.
9. Kodeerija:Tööpõhimõtete alusel jaotatakse kodeerijad inkrementaalseteks ja absoluutseteks tüüpideks. Inkrementaalkoodrid muudavad nihke perioodilisteks elektrilisteks signaalideks, mis seejärel muundatakse loendusimpulssideks. Nihke suurust tähistab impulsside arv. Iga positsioon absoluutkooderis vastab ainulaadsele digitaalsele koodile. Seetõttu sõltub selle kuvatav väärtus ainult mõõtmise algus- ja lõppasendist, mitte vaheprotsessist. Kodeerijad on tavaliselt seotud samm- või servomootoritega, et moodustada suletud-ahela või pool-suletud-ahela juhtimissüsteeme.
10. Mikrolüliti:Mikrolüliti on kontakti{0}}tüüpi andur, mida kasutatakse peamiselt seadmete ühendamiseks või masinate turvaukste oleku tuvastamiseks.