senzori

PROCESNA MJERENJA – Vježba 1. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________ 1

��

��

��

��

�Induktivni, kapacitivni, opti�ki i ultrazvu�ni

senzori prisutnosti Cilj vježbe: Upoznavanje sa senzorima prisutnosti i snimanje njihovih

karakteristika

�� Senzori prisutnosti (engl. proximity sensors) koriste se za detekciju prisutnosti predmeta u blizini senzora. Na svom izlazu, oni putem naponskih razina daju binarnu informaciju o prisutnosti (npr. '0' – predmeta nema, '1' – predmet prisutan). Po svom fizikalnom principu rada, ti se senzori dijele na magnetske, induktivne, kapacitivne, opti�ke, ultrazvu�ne i pneumatske. U ovoj se vježbi promatraju karakteristike nekih od njih. Jedna od najvažnijih karakteristika senzora je udaljenost predmeta od senzora pri kojoj se mijenja stanje izlaza senzora i naziva se udaljenost promjene (engl. switching distance). � � ��

Induktivni senzori rade na principu promjene induktiviteta zavojnice u LC titrajnom krugu. Visokofrekvencijsko magnetsko polje zavojnice se zbog upotrebe poluotvorene feritne jezgre dijelom nalazi i u zraku (sl. 1.1.). Unošenje metalnog objekta u dio magnetskog polja koji je u zraku rezultira promjenom induktiviteta zavojnice, a time i promjenom amplitude i frekvencije titranja LC kruga. Druga mogu�nost interpretacije ove pojave je induciranje kružnih struja u metalnom objektu, koje izvla�e energiju za titranje iz titrajnog kruga, pritom smanjuju�i amplitudu i frekvenciju oscilacija. Okidni sklop s histerezom u senzoru detektira te promjene i u odre�enoj to�ki mijenja stanje izlaza senzora. �� Unese li se materijal u elektri�no polje izme�u plo�a kondenzatora, kapacitet kondenzatora se mijenja ovisno o obliku i relativnoj dielektri�noj konstanti unesenog materijala. Promijeni li se kapacitet kondenzatora u RC rezonantnom krugu, mijenjaju se i titrajna svojstva toga kruga, tj. amplituda i frekvencija titranja. Te promjene se, sli�no kao i kod induktivnih senzora, detektiraju sklopom s histereznim svojstvima �iji je izlaz binarni.


_____________________________________________________________________ 2

Elektrode kondenzatora su: tzv. aktivna elektroda na senzoru i pasivna, tj. sva okolica na potencijalu zemlje. Da bi promjena kapaciteta bila uo�ljiva, predmet se mora unijeti dovoljno blizu aktivnoj elektrodi, gdje su silnice elektri�nog polja kondenzatora još relativno guste.

Sl.1.1. Princip rada induktivnog senzora prisutnosti

�� Opti�ki senzori koriste fotoelektri�na svojstva pojedinih poluvodi�kih materijala, tj. mogu�nost pretvorbe elektri�nog signala u svjetlost (LED) i mogu�nost promjene vodljivosti poluvodi�kog materijala obasjanog svjetloš�u (fotodiode i fototranzistori). Za emitiranje svjetlosti pomo�u LED služi odašilja� (engl. emitter), a za primanje koriste�i fotodiodu ili fototranzistor prijemnik svjetlosti (engl. receiver). Tri su osnovne vrste opti�kih senzora: difuzijski (engl. diffuse sensors), retro-reflektiraju�i (engl. retro-reflective sensors) i senzori s prolaznom zrakom (engl. through-beam sensors). Difuzijski senzori (slika 1.2.a) detektiraju svjetlost reflektiranu od objekta kojeg se treba detektirati, retro-reflektiraju�i (slika 1.2.b) i senzori s prolaznom zrakom (slika 1.2.c) detektiraju objekt ako on sprije�i put zrake svjetlosti od odašilja�a do prijemnika. Kod retro-reflektiraju�ih senzora put od odašilja�a do prijemnika ide preko nekog reflektiraju�eg elementa, pa se odašilja� i prijemnik mogu nalaziti u jednom ku�ištu, kao i kod difuzijskih senzora. Kod senzora s prolaznom zrakom odašilja� i prijemnik su u zasebnim ku�ištima jer neometena svjetlosna zraka ide direktno sa odašilja�a na prijemnik. Na opti�ke se senzore u pravilu lako dogra�uje opti�ki kabel. Dodatno se, radi zaštite od lažnih detekcija, svjetlosni signali na strani odašilja�a kodiraju, kako bi se na prijemniku lakše razlu�ila svjetlost iz odašilja�a od svjetlosti nastale u raznim drugim izvorima svjetlosti.


_____________________________________________________________________ 3

Sl. 1.2.a. Princip rada opti�kog difuzijskog senzora prisutnosti

Sl. 1.2.b. Princip rada opti�kog retro-reflektiraju�eg senzora prisutnosti

Sl. 1.2.c. Princip rada opti�kog senzora prisutnosti s prolaznom zrakom

�� Ultrazvu�ni senzor odašilje zvu�ni val u ultrazvu�nom frekvencijskom podru�ju, te prima taj isti reflektirani val s objekta ukoliko je objekt prisutan. Medij prijenosa zvu�nog vala je naj�eš�e zrak. Znaju�i brzinu širenja zvuka, može se utvrditi i udaljenost predmeta, a ne samo prisutnost. Slika 1.3. daje prikaz zvu�nog konusa kojeg stvara senzor, a slika 1.4. daje prikaz amplitude zvu�nog vala u ravnini senzora pri detekciji.

Sl. 1.3. Prikaz zvu�nog konusa kojeg stvara ultrazvu�ni senzor


_____________________________________________________________________ 4

Sl. 1.4. Prikaz zvu�nog vala u aktivnoj ravnini senzora pri detekciji


_____________________________________________________________________ 5

� � �� Vježba 1.1. Udaljenost promjene induktivnog senzora prisutnosti kod

razli�itih vrsta i površina metalnih test-objekata Za razne materijale mjeri se udaljenost promjene induktivnog senzora. Prikaz razmještaja komponenata potrebnih za izvo�enje vježbe dan je na slici 1.1.1. Komponente su tabli�no dane u tablici 1.1.1.

Sl. 1.1.1. Postav aparature za vježbu 1.1.

Naziv i šifra komponente Napajanje, D.ER-VERT-SENSOR (komponenta br. 1. na slici 1.1.1.)

Komponenta za pozicioniranje, D.ER-VS-FP1110 (komponenta br. 2. na slici 1.1.1.)

Pomi�no mjerilo, D.AS-MS

Induktivni senzor 1, D.ER-SIEH-M18B-.. (komponenta br. 3. na slici 1.1.1.)

Tab. 1.1.1. Potrebne komponente za vježbu 1.1. Postavite komponente prema slici 1.1.1. Induktivni senzor 1 (D.ER-SIEH-M18B-..) treba postaviti centralno ispred komponente za pozicioniranje (D.ER-VS-FP1110). Test-objekte valja u�vrstiti u utor na komponenti za


_____________________________________________________________________ 6

pozicioniranje i izmjeriti udaljenost na kojoj senzor detektira prisutnost predmeta (to�ka uklju�enja, engl. switch-on point), te potom udaljenost na kojoj, po uklju�enju, senzor prestaje registrirati prisutnost predmeta (to�ka isklju�enja, engl. switch-off point). Razlika ovih dviju udaljenosti predstavlja histerezu (engl. hysteresis) koju tako�er valja odrediti. Kona�no treba odrediti i tzv. faktor redukcije (engl. reduction factor) kao odnos udaljenosti uklju�enja za neki materijal i udaljenosti uklju�enja za meki �elik. Sve izmjerene i izra�unate podatke unesite u tablicu 1.1.2.

Test-objekt To�ka

uklju�enja (mm)

To�ka isklju�enja

(mm)

Histereza (mm)

Faktor redukcije

Meki �elik (St 37), komad br. 3

1.00

Nehr�aju�i �elik, komad br. 4

Aluminij, komad br. 5

Mjed, komad br. 6

Bakar, komad br. 7

Tab. 1.1.2. Rezultati eksperimenta Zašto dolazi do razlika u udaljenosti uklju�enja kod raznih materijala? ______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Može li se induktivnim senzorom detektirati �isti izolator i zašto? ______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

U nastavku se razmatra utjecaj veli�ine površine test-objekta na to�ku uklju�enja induktivnog senzora prisutnosti. Svi test-objekti bit �e od istog materijala, mekog �elika. Induktivni senzor valja udaljiti za oko 5 cm u stranu od centra komponente za pozicionranje. Za komade mekih �elika raznih površina unesite dobivene udaljenosti na kojima se uklju�uje senzor prisutnosti u tablicu 1.1.3.


_____________________________________________________________________ 7

Komad i veli�ina brida To�ka uklju�enja (mm)

Meki �elik (St 37), 30 mm komad br. 11,

Meki �elik (St 37), 25 mm komad br. 12





Tab. 1.1.3. Rezultati mjerenja Objasnite rezultate mjerenja: ______________________________________________________________

______________________________________________________________


_____________________________________________________________________ 8

Vježba 1.2. Udaljenost promjene kod kapacitivnih senzora prisutnosti, ovisnost o vrsti materijala i njegovoj debljini

Aparaturu treba postaviti prema slici 1.2.1, lista potrebnih komponenti dana je u tablici 1.2.1.

Sl. 1.2.1. Postav aparature za vježbu 1.2.

Naziv i šifra komponente

Napajanje, D.ER-VERT-SENSOR (komponenta br. 1. na slici 1.2.1.)



Kapacitivni senzor, D.ER-KAS-M12-.. (komponenta br. 3. na slici 1.2.1.)

Tab. 1.2.1. Popis potrebne aparature za vježbu 1.2. Koriste�i meki �elik treba potenciometrom na senzoru namjestiti udaljenost promjene na 8 mm. Nakon toga provesti mjerenja za sve ostale materijale, a rezultate unesti u tablicu 1.2.2.


_____________________________________________________________________ 9

Test-objekt To�ka uklju�enja (mm)

To�ka isklju�enja (mm)

Histereza (mm)




Mjed, komad br. 6

Bakar, komad br. 7

Karton, komad br. 8

Guma, komad br. 9

Plastika, prozirna, komad br. 10

Tab 1.2.2. Rezultati mjerenja Dodatno se sada razmatra utjecaj debljine materijala na to�ku uklju�enja promjene kapacitivnog senzora prisutnosti. Uz senzor namješten kao u prethodnim mjerenjima, koristi se plastika raznih debljina kao test-objekt. Provesti ista mjerenja kao gore, a rezultate upisati u tablicu 1.2.3. Napomena: Pazite da oduzmete debljinu materijala od izmjerene vrijednosti, ako ste test primjere okrenuli prema senzoru.

Debljina materijala (mm) To�ka uklju�enja (mm)

Plastika, komad br. 23: 2.0







Tab. 1.2.3. Rezultati mjerenja


_____________________________________________________________________ 10

Ovisnost prikazanu tabli�no u tablici 1.2.3. prikažite grafi�ki na slici 1.2.2.

Sl. 1.2.2. Grafi�ki prikaz ovisnosti to�ke uklju�enja kapacitivnog senzora

prisutnosti o debljini plasti�nog materijala kojeg treba detektirati Što je uzrok teže detekcije plastike pri manjim debljinama plasti�nih uzoraka? ______________________________________________________________

______________________________________________________________

Debljina materijala (mm)

To�

ka u

klju�en

ja (m

m)


_____________________________________________________________________ 11

Vježba 1.3. Udaljenost promjene difuzijskog opti�kog senzora bez i s opti�kim kabelom

U ovoj vježbi razmatra se ovisnost udaljenosti detekcije o svojstvima površine materijala kod opti�kih difuzijskih senzora prisutnosti, bez i s opti�kim kabelom. Pri korištenju senzora bez opti�kog kabela, aparaturu valja postaviti kao na slici 1.3.1.

Sl. 1.3.1. Postav aparature za vježbu 1.3

Potrebna aparatura prikazana je u tablici 1.3.1.



Opti�ki senzor (za korištenje sa opti�kim kabelom), D.ER-SOE-L-Q-PP (komponenta br. 2. na slici 1.3.2.)

Opti�ki senzor (za korištenje bez opti�kog kabela), D.ER-SOE-RT-Q-PP (komponenta br. 3. na slici 1.3.1.)


Mjerna skala, D.AS-LIN (komponenta br. 5. na slici 1.3.1.)

Opti�ki kabel, polimerski, D.ER-SOEZ-LLK-RT-.. (komponenta br. 6. na slici 1.3.2.)

Drža� za opti�ki kabel, D.ER-SOE-LK-RT-PP


Tab. 1.3.1. Popis potrebnih komponenti za vježbu 1.3.1


_____________________________________________________________________ 12

Namjestite potenciometar senzora D.ER-SOE-RT-Q-PP tako da se bijela strana Kodakove sive kartice detektira na oko 15 cm. Izmjeriti udaljenosti promjene za materijale navedene u tablici. Rezultate upisati u tablicu 1.3.2.

Test-objekt Bez ili s opti�kim kabelom

To�ka uklju�enja

(mm)

To�ka isklju�enja

(mm)

Histereza (mm)

Siva Kodak kartica, bijela strana, komad br. 17

Bez

S

Siva Kodak kartica, siva strana,

komad br. 17

Bez

S

Plastika, prozirna,

komad br. 18

Bez

S

Plastika, crvena,

komad br. 19

Bez

S

Plastika, plava,

komad br. 20

Bez

S

Plastika, crna,

komad br. 21

Bez

S

Karton, bijeli,

komad br. 22

Bez

S


Bez

S


Bez

S

Alumminij, komad br. 5

Bez

S


_____________________________________________________________________ 13

Mjed, komad br. 6

Bez

S

Bakar, komad br. 7

Bez

S

Guma, komad br. 9

Bez

S

Tab. 1.3.2. Rezultati mjerenja U nastavku se iste materijale detektira opti�kim senzorom D.ER-SOE-L-Q-PP, ali nadogra�enim još i opti�kim kabelom. Aparaturu treba posložiti kako je dano na slici 1.3.2.

Sl. 1.3.2. Postav aparature za mjerenja s opti�kim kabelom

Komponentu za pozicioniranje treba postaviti 5 cm ispred i 5 cm u stranu u odnosu na slobodni kraj polimerskog opti�kog kabela, a potenciometar senzora namjestiti tako da se bijela strana sive Kodak kartice registrira na


_____________________________________________________________________ 14

maksimalnoj udaljenosti. Rezultate mjerenja za ostale materijale unijeti u tablicu 1.3.2. Koristite i pomi�no mjerilo, kao u prvoj vježbi. Koje su prednosti, a koje mane korištenja opti�kog kabela? ______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________


_____________________________________________________________________ 15

Vježba 1.4. Svojstva ultrazvu�nih senzora prisutnosti Aparaturu valja postaviti kako je pokazano na slici 1.4.1. Popis potrebnih komponenti za provedbu ove vježbe dan je u tablici 1.4.1.

Sl.. 1.4.1. Postav aparature potrebne za vježbu 1.4.



Ultrazvu�ni senzor prisutnosti, D.ER-SUE-M18-.. (komponenta br. 2. na slici 1.4.1.)


Mjerna skala, D.AS-LIN (komponenta br. 4. na slici 1.4.1.)

Tab. 1.4.1. Popis potrebne aparature Na udaljenost oko 15 cm ispred ultrazvu�nog senzora postavljati test-objekte, tako da im površina bude okomita na os senzora, navesti detektira li ih senzor i pod kojim maksimalnim kutom otklona od ravnine okomite na os senzora senzor još uvijek detektira test-objekt. Rezultate unesite u tablicu 1.4.2.


_____________________________________________________________________ 16

Test-objekt Detekcija (da/ne) Maksimalni kut otklona (°)




Mjed, komad br. 6

Bakar, komad br.7

Karton, komad br. 8

Guma, hrapava strana, komad br. 9

Plastika, komad br. 10

Tab 1.4.2. Rezultati mjerenja Koja je prednost ultrazvu�nih senzora u odnosu na ostale govore�i u svjetlu vrsta materijala koje se mogu senzorom detektirati?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

_____________________________________________________________

Objasnite vezu izme�u hrapavosti površine test-objekta i njegovog maksimalno mogu�eg otklona u odnosu na ravninu okomitu na os senzora. ______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

senzori

Documents