sensor

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
En sensor til påvisning af metan (eller andre brandfarlige gasser såsom benzen)
Forskellige temperatursensorer
Forskellige lysstyrkesensorer
Induktiv sensor, der bruges i industrien, er kapacitive sensorer eksternt identiske

En sensor (fra latinsk sentire , dt. "Feel" eller "feel"), også kaldet en detektor , (målt variabel eller måle) transducer eller (måle) sensor , er en teknisk komponent, der har visse fysiske eller kemiske egenskaber (fysisk f.eks. varme , temperatur , fugtighed , tryk , lydfeltstørrelser , lysstyrke , acceleration eller kemisk f.eks. pH -værdi , ionstyrke , elektrokemisk potentiale ) og / eller miljøets materielle karakter kvalitativt eller kvantitativt som en målt variabel . Disse variabler registreres ved hjælp af fysiske, kemiske eller biologiske effekter og konverteres til et elektrisk signal, der kan behandles yderligere.

For måleteknologi bruges udtrykket transducer (målt variabel sensor) i DIN 1319-1 og er defineret som den del af en måleenhed, der reagerer direkte på en målt variabel. Dette gør transduceren til det første element i en målekæde . Ifølge DIN 1319-2, transduceren hører til de måletransducere , med samme fysiske størrelse på input og output også de måle- transducere .

Afgrænsningen af ​​udtrykkene sensor og målt variabel transducer , målesonde , måleindretning , måleenhed osv. Er flydende, da sensoren ud over den faktiske transducer undertiden tildeles yderligere elementer i målekæden. Relaterede udtryk er heller ikke klart defineret i litteraturen.

Klassifikation

Sensorer kan klassificeres i henhold til deres størrelse og produktionsteknologi samt deres anvendelse og tilsigtede anvendelse. Derudover skelnes der mellem sensorer efter deres virkemåde, når variablerne omdannes til passive og aktive sensorer.

Passive og aktive sensorer

Sensorer kan opdeles i aktive og passive sensorer baseret på generering eller brug af elektrisk energi.

Aktive sensorer genererer et elektrisk signal på grund af måleprincippet , f.eks. B. elektrodynamisk eller piezoelektrisk . Disse sensorer er i sig selv spændingsgeneratorer og kræver ikke ekstra elektrisk energi . Med disse sensorer på grund af de fysiske principper kan der imidlertid ofte kun detekteres en ændring i den målte variabel, da der ikke kan tilføres energi i statisk eller kvasi-statisk tilstand. En undtagelse er f.eks. B. termoelementet , som konstant genererer spænding selv med en konstant temperaturforskel. Derudover kan aktive sensorer, der vender det fysiske måleprincip, også bruges som aktuatorer , f.eks. B. en dynamisk mikrofon kan også bruges som højttaler.

Aktive sensorer er f.eks. B.:

Passive sensorer indeholder passive komponenter , hvis parametre ændres af den målte variabel. Disse parametre konverteres til elektriske signaler af primær elektronik. En ekstern leveret hjælpenergi er nødvendig til dette. Med disse er det muligt at bestemme statiske og kvasi-statiske målte variabler. Af denne grund er størstedelen af ​​sensorerne af passivt design.

Moderne sensorer har ofte omfattende sekundær elektronik, der drives ved hjælp af eksternt leveret energi. Imidlertid er ikke alle disse sensorer passive; selve måleprocessen skal overvejes.

Passive sensorer er f.eks. B.:

I henhold til måleprincippet / driftsprincippet

Sensorer kan klassificeres efter det driftsprincip, sensoren er baseret på. Der er en lang række applikationer til hvert aktivt princip. Nogle af driftsprincipperne og applikationerne er angivet nedenfor som eksempler. Listen er ikke komplet.

Arbejdsprincip eksempel
Mekanisk Manometer , ekspansionshåndtag , fjederbalance , håndtag balance , termometer
Termoelektrisk Termoelement
Modstandsdygtig Spændingsmålere (belastningsmålere) , varm ledning, halvlederspændingsmålere, Pt100
Piezoelektrisk Accelerometer
Kapacitiv Tryksensor, regnsensor
Induktiv Hældningsmåler , kraftsensor , forskydningstransducer
Optisk CCD sensor , fotocelle
Akustisk Niveausensor, dobbeltarkstyring , ultralydsflowmåler ,
Magnetisk Hallsensorer , rørkontakt

I henhold til tiltænkt brug

Sensorer, der registrerer stråling (f.eks. Lys , røntgenstråler eller partikler ) kaldes stråle- eller partikeldetektorer . En normal mikrofon er også en sensor til det skiftende lydtryk .

Desuden er sensorer forskellige i forskellige typer af opløsning:

  • Midlertidig opløsning: tiden mellem to optagelser.
  • Spektral opløsning: båndbredde af spektrale kanaler, antal forskellige bånd.
  • Radiometrisk opløsning: Mindste forskel i mængden af ​​stråling, som sensoren kan skelne mellem.
  • geometrisk opløsning: rumlig opløsning, dvs. størrelse på en pixel.

Ifølge standard

Virtuelle sensorer

Virtuelle sensorer (eller bløde sensorer ) eksisterer ikke fysisk, men implementeres i software. De "måler" (beregner) værdier, der er afledt af måleværdierne for rigtige sensorer ved hjælp af en empirisk indlært eller fysisk model. Virtuelle sensorer bruges til applikationer, hvor rigtige sensorer er for dyre, eller i miljøer, hvor rigtige sensorer ikke kan overleve eller slides hurtigt. Andre applikationer er processer, hvor de ønskede værdier ikke kan måles, fordi der ikke er hardwaresensorer, der kan bruges i processen, eller når processen ikke kan stoppes til kalibrering og vedligeholdelse af klassiske sensorer. Virtuelle sensorer bruges allerede i den kemiske industri og bruges i stigende grad i andre brancher som: B. plastindustrien. [1]

Digitale sensorer

Inden for automatisering erstattes analoge kontroltekniske systemer i stigende grad af digitale systemer. Som et resultat er der et stigende behov for sensorer, hvis udgangssignal også er digitalt. En enkel struktur opnås, når A / D -konverteren er integreret i det faktiske sensorsystem. Dette kan f.eks. Være baseret på delta-sigma-moduleringsteknikken og dermed tilbyde mange fordele:

  • direkte bestemt digitalt udgangssignal (ingen interferens mellem sensor og ADU)
  • høj linearitet gennem eksisterende feedback
  • Konstant selvtest uden yderligere kredsløb ved hjælp af sigma-delta-teknologiens grænsecyklus
  • høj amplitudeopløsning og dynamik

Ulempen er, at PWM genereret på denne måde ofte ikke kan evalueres direkte og først skal filtreres. Dette kan gøres gennem et analogt filter og efterfølgende ADC eller helt digitalt. Derudover er transmissionsvejen til evalueringssystemet analog og derfor tilbøjelig til fejl. Enkle sensorer til tryk og temperatur har derfor en reel digital dataoutput med forbindelse via en seriel eller parallel bus. Følgende er udbredt her:

Molekylære sensorer

Molekylære sensorer er baseret på et enkelt molekyle, som efter binding af et andet molekyle eller efter bestråling med fotoner har forskellige egenskaber, som derefter kan aflæses. Med fluorescensmærkede sensorer kan mere end to tilstande detekteres ved at ændre emissionsspektret . [2] Som følge heraf kan en sådan sensor også bruges som et molekylært låsesystem . [3]

anvendelsesområder

Begrebet sensor bruges i teknologi og i biovidenskab ( biologi og medicin ), og i nogle år nu mere og mere inden for naturvidenskaben . Eksempler på sidstnævnte er anvendelser af CCD -billedsensorer og partikeltællere inden for astronomi , geodesi og rumrejser . For eksempel bruges accelerationssensorer til at udtrække deskriptorer, der er relevante for styrketræning [4] .

I teknologien spiller sensorer en vigtig rolle som signaltransmittere i automatiserede processer . De værdier eller tilstande, der registreres af dem, behandles, normalt elektrisk eller elektronisk forstærket , i det tilhørende kontrolsystem , hvilket udløser de tilsvarende yderligere trin. I de senere år er denne efterfølgende signalbehandling også i stigende grad blevet udført i sensoren. Sådanne sensorer omfatter en mikroprocessor eller et mikrosystem og har så at sige "intelligens", så de er henholdsvis som smarte sensorer (Engl. Smart sensorer) .

Se også

Signalkonditionering

Typiske forstærkere til signalkonditionering:

Sensoroversigter

litteratur

  • Edmund Schiessle: Sensorteknologi og registrering af måleværdier . Vogel, Würzburg 1992, ISBN 3-8023-0470-5 .
  • Jörg Hoffmann: Lommebog over måleteknologi . 5. udgave. Hanser Verlag, Leipzig 2007, ISBN 978-3-446-40993-4 .
  • Wolf-Dieter Schmidt: Sensor kredsløbsteknologi . 3. Udgave. Vogel, Würzburg 2007, ISBN 978-3-8342-3111-6 .
  • Günter Spanner: "Sensor Technology" -læringspakke . Franzis, Poing 2009, ISBN 978-3-7723-5547-9 .
  • T. Hochrein, I. Alig: Procesmålingsteknologi i plastforarbejdning . Vogel, Würzburg 2011, ISBN 978-3-8343-3117-5 .

Weblinks

Wiktionary: Sensor - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle beviser

  1. C. Kugler, T. Hochrein, M. Bastian, T. Froese: Skjulte skatte i datagrave . I: QZ kvalitet og pålidelighed. 3, 2014, s. 38-41.
  2. Bhimsen Rout, Linor Unger, Gad Armony, Mark A. Iron, David Margulies: Detektion af medicin ved hjælp af en kombinationsfluorescerende molekylær sensor. I: Angewandte Chemie. 124, 2012, s. 12645-12649, doi: 10.1002 / anie.201206374 .
  3. ^ Bhimsen Rout, Petr Milko, Mark A. Iron, Leila Motiei, David Margulies: Godkendelse af flere kemiske adgangskoder ved hjælp af en kombinationslås til molekylær tastatur. I: Journal of the American Chemical Society. 135, 2013, s. 15330-15333, doi: 10.1021 / ja4081748 .
  4. Claudio Viecelli, David Graf, David Aguayo, Ernst Hafen, Rudolf M. Füchslin: Brug af smartphone accelerometerdata at opnå videnskabelige mekanisk-biologiske deskriptorer for modstand træning træning. I: PLOS ONE . tape   15 , nej.   7 , 15. juli 2020, ISSN 1932-6203 , s.   e0235156 , doi : 10.1371 / journal.pone.0235156 , PMID 32667945 , PMC 7363108 (fri fuld tekst).