Senzori Si Traductoare

14
Senzori si traductoare

description

Lucrare de nivel de facultate despre senzori si traductoare in general, si despre senzorii ultrasonici si traductoarele de lumina in special.

Transcript of Senzori Si Traductoare

Page 1: Senzori Si Traductoare

Senzori si traductoare

Page 2: Senzori Si Traductoare

2

CUPRINS

1. INTRODUCERE .............................................................................................................................. 3

2. SENZORI ȘI TRADUCTOARE ..................................................................................................... 4

2.1. Senzori - definiție ...................................................................................................................... 4

2.2. Senzori - clasificare .................................................................................................................. 5

2.3. Traductoare - definiție .............................................................................................................. 6

2.4. Traductoare - clasificare .......................................................................................................... 7

2.5. Caracteristicile traductoarelor ................................................................................................. 7

Caracteristici statice ........................................................................................................................... 8

Caracteristici dinamice ....................................................................................................................... 9

Caracteristici energetice ..................................................................................................................... 9

Caracteristici constructive ................................................................................................................ 10

Caracteristici de fiabilitate ............................................................................................................... 11

2.6. Senzori ultrasonici .................................................................................................................. 11

2.7. Traductoare de lumină ........................................................................................................... 11

Fotorezistorul ................................................................................................................................... 11

Fotodioda ......................................................................................................................................... 12

Fototranzistorul ................................................................................................................................ 13

2.8. Senzori de culoare.................................................................................................................. 13

2.9. Platforma LEGO Mindstorms NXT ....................................... Error! Bookmark not defined.

3. CONCLUZII .................................................................................................................................... 14

4. BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................................. 14

Page 3: Senzori Si Traductoare

3

1. INTRODUCERE

Termenul de „senzor” a apărut odată cu dezvoltarea microelectronicii, împreună cu alte

noțiuni de mare impact, cum ar fi cele de „microprocesor”, „microcontroller”, „actuator”, etc.,

adăugând o noțiune nouă unei terminologii tehnice având o anumită redundanță.

Astfel, o mare parte din elementele tehnice senzitive sunt încadrate în categoria

„traductoarelor”. Un traductor este un dispozitiv care convertește efecte fizice în semnale

electrice, ce pot fi prelucrate de instrumente de măsurat sau calculatoare. În unele domenii, în

special în sfera dispozitivelor electro-optice, se folosește termenul de „detector” (detector în

infraroșu, fotodetector, etc.).

Traductoarele introduse într-un fluid sunt denumite, uneori, „probe”. O categorie largă

constituie sistemele terminate în „-metru”: „accelerometru” pentru măsurarea accelerației,

„tahometru” pentru măsurarea vitezei unghiulare.

Denumirea senzorului provine din cuvântul latin „sensus”, care înseamnă simț și,

înainte de a fi adoptat pentru sistemele tehnice, a fost și este utilizat pentru a desemna

capacitățile organelor de simț ale oamenilor și ale organismelor vii, de a culege și prelucra

informații din mediul înconjurător și a le transmite creierului. În acest proces, mărimile fizice

neelectrice sunt convertite în semnale electrice, pe care creierul le poate prelua și interpreta și

pe baza cărora coordonează acțiunile mușchilor. Modelul din biologie este întâlnit, în mare

măsură, la sistemele mecatronice.

Termenul "mecatronică" a fost utilizat pentru prima dată în anul 1975 de către concernul

japonez Yasakawa Electric Corporation, fiind o prescurtare a cuvintelor Mechanica-

Electronica-Informatica. La început, mecatronica a fost înțeleasă ca o completare a

componentelor mecanicii de precizie, aparatul de fotografiat cu blitz fiind un exemplu clasic

de aplicație mecatronică.

Cu timpul, noțiunea de mecatronică și-a schimbat sensul și și-a extins aria de definiție:

mecatronica a devenit știința inginerească bazată pe disciplinele clasice ale construcției de

mașini, electrotehnicii, electronicii și informaticii. Scopul acestei științe este îmbunătățirea

funcționalității utilajelor și sistemelor tehnice prin unirea disciplinelor componente într-un tot

unitar.

Mecatronica s-a născut ca tehnologie și a devenit filosofie, care s-a răspândit în întreaga

lume. În ultimii ani, mecatronica este definită simplu: știința mașinilor inteligente.

Page 4: Senzori Si Traductoare

4

2. SENZORI ȘI TRADUCTOARE

2.1. Senzori - definiție

Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiții și limite,

parametrii mediului ambiant și să reacționeze la modificări ale acestora. Extrapolând

considerațiile despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin „senzor”

se înțelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării mașinilor cu simțuri. Acesta are rolul de a

determina una sau mai multe proprietăți și, în funcție de nivelul de integrare, poate avea funcții

mai simple sau mai complexe.

Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare

într-un semnal electric util, dar și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și, eventual,

pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor.

Senzorul care include și unitățile micromecanice și microelectronice de prelucrare,

realizate prin integrare pe scară largă sau foarte largă, se întâlnește în literatura de specialitate

sub denumirea de „sistem senzorial” sau „senzor inteligent”. Producerea senzorilor inteligenți

este facilitată de dezvoltarea tehnicii microsistemelor, care permite integrarea în volume

extrem de mici atât a traductoarelor de diferite tipuri, cât și a micromecanicii și

microelectronicii de prelucrare.

Nivelul de dezvoltare a capacităților senzoriale ale unui sistem mecatronic se determină,

în general, după modul în care acesta reușește să realizeze funcții de recunoaștere similare cu

cele ale omului. Însă, între sistemele de recunoaștere ale omului și cele ale unui sistem

mecatronic există două mari deosebiri:

Omul are posibilități multiple de recunoaștere, fiind dotat cu organe de simț complexe,

care îi asigură capacitățile de vedere, auz, miros, gust și percepție tactilă. La un sistem

mecatronic, acest lucru nu este nici necesar și nici posibil, tinzându-se spre limitarea

funcțiilor senzoriale la cele strict necesare impuse de utilizările concrete ale acestuia;

Un sistem mecatronic poate fi dotat cu facilități senzoriale neîntâlnite la om, asigurate,

de exemplu, de senzorii de proximitate inductivi, capacitivi, fluidici sau cei de

investigare, bazați pe radiații ultrasonice sau radiații laser și funcționând pe principiul

radarului.

Page 5: Senzori Si Traductoare

5

2.2. Senzori - clasificare

Există în zilele noastre senzori pentru mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau

în considerare și senzorii pentru diferite substanțe chimice, numărul lor crește la câteva sute.

Se pot pune în evidență aproximativ 2000 de tipuri diferite de senzori, oferite în 100.000 de

variante, pe plan mondial.

Datorită marii diversități a principiilor de conversie a mărimilor fizice în mărimi

electrice, precum și a soluțiilor de implementare a acestor principii, există și o multitudine de

criterii de clasificare a senzorilor, dintre care le voi enumera pe cele mai importante.

Senzorii pot fi clasificați în funcție de tehnologiile utilizate pentru realizarea lor:

Tehnologii ale materialelor feromagnetice;

Tehnologii ale materialelor piezo-ceramice;

Tehnologii ale microelectronicii și a microsistemelor;

Tehnologii ale straturilor subțiri;

Tehnologii ale straturilor groase;

Tehnologii pentru materiale sintetizate;

Tehnologii ale foliilor, etc.

În funcție de tipul mărimii fizice de intrare, senzorii pot fi clasificați în:

Senzori absoluți, când semnalul electric de ieșire poate reprezenta toate valorile posibile

ale mărimii fizice de intrare, raportate la o origine aleasă;

Senzori incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din

cadrul domeniului de măsurare, ci fiecare valoare măsurată reprezintă originea pentru

cea următoare.

Foarte importantă este clasificarea în funcție de tipul mărimii de ieșire și anume:

Senzori analogici, pentru care semnalul de ieșire este în permanență proporțional cu

mărimea fizică de intrare;

Senzori numerici (digitali), la care semnalul de ieșire poate lua numai un număr limitat

de valori discrete, care permit cuantificarea semnalului fizic de intrare.

După semnalul de ieșire, privit din punct de vedere al numărului de valori posibile, pot

fi puse în evidență două clase distincte:

Senzori binari, care prezintă la ieșire numai două valori distincte;

Senzori cu un număr mare de valori, pentru măsurarea unei mărimi într-o anumită

plajă, ce pot fi analogici sau numerici.

Un alt criteriu de clasificare ține cont de numărul elementelor traductoare și de numărul

de dimensiuni atribuite valorilor măsurate și clasifică senzorii în:

Scalari, adică un traductor, o dimensiune;

Vectoriali, adică măsurări după trei direcții ortogonale;

Matriciali, adică un anumit număr de traductoare dispuse după o matrice mono-, bi-

sau tridimensională.

Combinarea ultimelor două criterii de clasificare permit clasificări permit clasificări mai

complexe, de tipul celei prezentate în tabelul de mai jos:

Page 6: Senzori Si Traductoare

6

Atribut 1

Numărul valorilor de ieșire

Binar Mai multe valori

Atribut 2

Număr de

dimensiuni și

traductoare

Scalar Limitator Sondă de

temperatură

Vectorial Indicator direcție Senzor de forță

Matricial Imagini alb/negru

(cu valori de prag)

Imagini cu nivele

de gri; imagini

color

Tabel 1: Clasificarea senzorilor după două criterii combinate

Senzorii pot fi clasificați și în funcție de domeniul în care sunt utilizați:

Industrie: robotică, fabricație flexibilă, controlul calității, activități de birou, etc.;

Protecția mediului;

Transporturi;

Automatizarea clădirilor și locuințelor.

2.3. Traductoare - definiție

Într-un sistem mecatronic, senzorii și traductoarele sunt componentele ce prelucrează

informațiile referitoare la parametrii procesului, apoi transmit semnalele corespunzătoare spre

dispozitivul care controlează mișcarea. Într-un astfel de sistem, senzorii și traductoarele asigură

modulului de procesare, capacitatea de obținere a informațiilor despre proces și mediu. Fără

ele, sistemul nu poate funcționa.

Traductorul este un dispozitiv de bază, capabil să convertească o mărime fizică de

intrare într-un semnal electric la ieșire, după un anumit domeniu de măsurare. Scopul

traductorului este acela de a converti mărimea de intrare într-o altă mărime pentru a ușura

procesul de măsurare. Legătura dintre mărimea de intrare și cea de ieșire trebuie să fie unică și

clară.

Senzorul este bazat pe traductor, fiind un dispozitiv ce are capacitatea de a converti o

mărime neelectrică în una electrică și de a o procesa pe baza unui anumit algoritm, având ca

scop furnizarea unei ieșiri pentru sistemul de calcul.

Traductoarele realizează fie transformarea unei forme de energie în alta, în cazul

mărimilor active (forță, curent electric, sarcină electrică, etc.), fie realizează modularea unei

energii în funcție de un parametru în cazul mărimilor pasive (rezistența, inductivitatea, masa,

densitatea, etc.).

Traductoarele trebuie să îndeplinească o serie de cerințe impuse, dintre care amintim:

Realizează prelucrarea primară a informației;

Asigură siguranță ridicată în exploatare;

Furnizează semnal mare la ieșire și precizie ridicată;

Permite alegerea domeniului de măsurare și reglarea sensibilității;

Să fie imun la perturbații;

Să aibă grad mare de adaptabilitate privind amplasarea;

Să aibă gabarit redus și masă mică;

Page 7: Senzori Si Traductoare

7

Să aibă conexiuni simple la intrare și ieșire;

Să permită reglare și întreținere cât mai simple;

Să respecte regulile de protecție a muncii.

2.4. Traductoare - clasificare

În funcție de locul pe care îl ocupă pe lanțul de transmitere a informației, traductoarele

pot fi:

De intrare (senzori), care preiau informația de la măsurand;

De ieșire, care se găsesc la ieșirea mijlocului de măsurare și realizează adaptarea lanțului

de măsurare la sistemul de utilizare a informației;

Intermediare, ce au rolul de a realiza transformări ale energiei de intrare, astfel încât să

asigure performanțe superioare (să poată fi prelucrată mai ușor, prelucrarea să se

realizeze cu performanțe mai bune, viteza prelucrării să fie mai mare, imunitate la

perturbații exterioare, etc.).

După tipul mărimii aplicate la intrare, există mai multe feluri de traductoare:

de presiune;

de temperatură;

de nivel;

de debit;

de viteză;

de turație, etc.

După mărimea obținută la ieșire, există:

traductoare parametrice;

traductoare generatoare.

După numărul de transformări pe care le suportă mărimea de intrare:

traductoare simple;

traductoare complexe;

După domeniul de variație al mărimii de ieșire avem:

traductoare pentru semnale unificate;

traductoare pentru semnale neunificate.

2.5. Caracteristicile traductoarelor

Caracteristicile funcţionale ale traductoarelor reflectă (în esenţă) modul în care se

realizează relaţia de dependenţă intrare-ieşire (I-E).

Performanţele traductoarelor sunt indicatori care permit să se aprecieze măsura în care

caracteristicile reale corespund cu cele ideale şi ce condiţii sunt necesare pentru o bună

concordanţă între acestea.

Pe baza relației de dependență, s-au stabilit o serie de caracteristici general – valabile

pentru orice traductor:

Page 8: Senzori Si Traductoare

8

caracteristici statice, care se definesc într-un regim de funcționare unde atât mărimea de

intrare, cât și cea de ieșire sunt în regim staționar (invariante în timp);

caracteristici dinamice, referitoare la funcționarea în regim dinamic, unde intrarea și

semnalul de ieșire sunt variabile în timp;

caracteristici energetice;

caracteristici constructive;

caracteristici de fiabilitate.

Caracteristici statice Caracteristicile și performanțele de regim staționar se referă la situația în care mărimile

de intrare și de ieșire din traductor nu variază, adică parametrii purtători de informații, specifici

celor două mărimi sunt invarianți.

Caracteristica statică a traductorului este reprezentată prin relația de intrare – ieșire (I –

O):

y = f(x), unde y și x îndeplinesc cerințele unei măsurări statice.

Caracteristicile statice liniare sunt tipice pentru traductoare, dar pot apărea, în anumite

cazuri particulare, (cerute de un S.R.A.), caracteristici neliniare. În cele ce urmează se prezintă

câteva exemple de caracteristici statice – pentru traductoare:

a) liniară unidirecțională

b) proporțională liniară bidirecțională

c) liniară pe porțiuni cu zonă de insensibilitate și saturație

d) liniară pe porțiuni cu zonă de insensibilitate, saturație și histerezis

Caracteristicile statice sunt determinate de legile fizice pe care se bazează funcţionarea

elementelor componente din structura traductorului. Aceste caracteristici se deduc prin calcul

sau experimental. Raportate la un domeniu larg de variaţie a mărimii de intrare, caracteristicile

statice se obţin neliniare.

Domeniul de măsurare se situează pe caracteristica statică în zona în care aceasta e

liniară. Domeniul de măsurare se exprimă prin intervalul [xmin … xmax] în cadrul căruia

traductorul permite efectuarea corectă a măsurării.

Sensibilitatea traductorului se definește în raport cu mărimea de intrare, neglijând

sensibilitățile parazite introduse de mărimile perturbatoare. Pentru variații mici ale mărimilor,

sensibilitatea se definește prin raportul dintre variația ieșirii și variația intrării.

O exprimare a sensibilității ce ține seama de domeniul de măsurare este dată de relația:

minmax

minmax

xx

yyS

În cazul caracteristicilor liniare, la care natura mărimilor x și y este aceeași, sensibilitatea

S se va numi factor de amplificare dacă S > 1, iar dacă S < 1, aceasta se va numi factor de

atenuare. Acești factori sunt adimensionali și frecvent utilizați pentru caracterizarea

traductoarelor.

Rezoluția este intervalul maxim de variație al mărimii de intrare necesar pentru a

determina apariția unui salt la semnalul de ieșire. Aceasta este utilizată, mai ales, la traductoare

cu semnale de ieșire numerice, a căror caracteristică statică este dată printr-o succesiune de

trepte.

Page 9: Senzori Si Traductoare

9

Pragul de sensibilitate reprezintă cea mai mică variație a mărimii de intrare care poate

determina o variație sesizabilă (măsurabilă) a semnalului de ieșire. Acesta este important

deoarece condiționează variațiile minime la intrare care pot fi măsurate prin intermediul

semnalului de ieșire. Factorii care determină pragul de sensibilitate sunt fluctuațiile datorate

perturbațiilor interne și externe.

Calitatea traductoarelor este cu atât mai bună cu cât sensibilitatea S este mai mare, iar

rezoluția și pragul de sensibilitate sunt mai reduse.

Scopul fundamental al oricărei măsurări, acela de a determinarea şi exprima numeric

valoarea ărimii de măsurat, poate fi realizat numai cu un anumit grad de incertitudine.

Oricât de perfecţionate ar fi metodele şi aparatele utilizate şi oricât de atent ar fi controlat

procesul de măsurare, rezultatul măsurării va fi întotdeauna diferit de valoarea reală sau

adevărată a măsurandului.

Eroarea de măsurare reprezintă diferenţa dintre rezultatul măsurării şi valoarea reală.

Este evident că, din punct de vedere calitativ măsurările sunt cu atât mai bune cu cât erorile

respective sunt mai mici. Problematica erorilor de măsurare este complexă şi pentru detalii se

recomandă lucrăruile [1] şi [4]. În cele ce urmează se prezintă succint noţiunile necesare pentru

înţelegerea semnificaţiei preciziei traductoarelor. Cauzele erorilor de măsurare sunt multiple

şi se pot evidenţia printr-o analiză atentă a operaţoiei de măsurare.

Caracteristici dinamice Regimul dinamic al unui traductor corespunde funcționării acestuia în situația în care

mărimea de măsurat și semnalul de ieșire variază în timp.

Principalii indicatori de regim dinamic pentru traductoare sunt:

abaterea dinamică maximă, influențată de factorul de amortizare al traductorului;

suprareglarea (supracreșterea);

abaterea (eroarea) dinamică curentă;

timpul tranzitoriu (timp de răspuns).

Caracteristici energetice Orice operaţie de măsurare implică un consum energetic. Puterea, prin integrarea căreia

rezultă energia consumată poate fi preluată total sau parţial de la mărimile de măsurat.

Există mărimi active, care au asociată o putere suficientă să asigure conversia directă

într-un semnal electric. Când mărimile de măsurat sunt pasive este obligatoriu necesară, pentru

conversia lor în semnal electric, o sursă de energie auxiliară.

Pentru a nu afecta rezultatul măsurătorii este necesar ca puterea preluată de la mărimile

de măsurat să fie cât mai mică. În practica utilizării traductoarelor se pune problema adaptării

impedanţei aparatului de măsură (Zm) sau a traductorului (Ztr), în raport cu impedanţa sursei

Zs , astfel încât consumul energetic şi erorile de măsurare să se menţină în limitele admise.

Acest procedeu se numeşte adaptare de amplitudine sau nivel şi se realizează prin

utilizarea unor amplificatoare. În acest fel pe lângă adaptarea de nivel se realizează şi o

adaptare în putere. Consumurile de putere pot avea valori de la 10-3 W până la 102 W, valorile

fiind specificate pentru fiecare traductor.

Pentru caracterizarea puterii solicitate de la măsurand, fiecărui traductor i se precizează

în catalog sau pe placa indicatoare: impedanţa de intrare pentru aparatul receptor, tipul sursei

Page 10: Senzori Si Traductoare

10

auxiliare (c.c. sau c.a.), valoarea parametrilor (tensiune, curent) şi limitele admisibile de variaţie

ale acestor parametri.

Caracteristici constructive Condiţiile efective de funcţionare oferite de industrie pot impune cerinţe constructive

diferite, chiar dacă măsurandul şi intervalul de variaţie al acestuia sunt aceleaşi.

Caracteristicile constructive determină modul în care un traductor îşi păstrează

caracteristicile funcţionale sub acţiunea mărimilor de influenţă care se exercită în cazul

diverselor aplicaţii. În cele ce urmează se prezintă câteva din caracteristicile constructive ale

traductoarelor:

Robustețea este o noțiune de ordin calitativ. Ea este dată de capacitatea traductorului

de a funcționa corect în condiții de șocuri, vibrații, variații mari de temperatură, umiditate,

presiune, agenți nocivi (chimici sau biologici).

Capacitatea de supraîncărcare definește proprietatea unui traductor de a suporta valori

ale mărimii de măsurat care depășesc limita superioară a domeniului, fără ca prin aceasta să

rezulte modificări ale performanțelor funcționale (liniaritate, precizie, sensibilitate) sau

deteriorări constructive. Aceasta se exprimă prin raportul între valoarea maximă

nedistructibilă și limita superioară a domeniului. Valoarea nedistructibilă reprezintă valoarea

măsurandului peste limita superioară a domeniului care, după ce își încetează acțiunea,

permite revenirea traductorului la caracteristicile inițiale.

Protecția climatică reprezintă ansamblul de măsuri care se iau în cadrul calculelor de

dimensionare și alegere a materialelor, pieselor și componentelor, în proiectarea formei și

detaliilor constructive (în special ale carcasei), în stabilirea acoperirii suprafețelor și a

tehnologiei de execuție, pentru a se asigura că acțiunea complexă a factorilor climatici pe o

anumită durată să nu influențeze nefavorabil proprietățile funcționale sau aspectul

traductorului în condițiile reale de utilizare.

Protecția contra exploziilor cuprinde măsurile specifice aplicate în construcția și

montarea traductoarelor (de regulă a celor electrice și electronice) cu scopul de a evita

aprinderea atmosferei explozive exterioare de către regimurile de funcționare ale acestora.

Prin atmosfera explozivă se înțelege un amestec de aer cu o substanță inflamabilă sub

formă de gaz, vapori, ceață sau praf în astfel de proporții, încât sub acțiunea unei surse de

aprindere, poate apare fenomenul de ardere ce se propagă violent și se menține în întregul

amestec.

Protecția anticorozivă este luată în considerare din faza de proiectare și urmărește ca

elementele sensibile (ES) și restul elementelor constructive să reziste acțiunii corozive a unor

factori din mediul ambiant. Astfel, elementele sensibile se construiesc din materiale care nu

sunt afectate de agenți corozivi, iar suprafețele exterioare ale traductoarelor se protejează cu

substanțe de protecție anticorozive, utilizând una din metodele: vopsire, galvanizare,

cadmiere, nichelare, etc.

Traductoarele electrice și electronice, aparținând categoriei utilajelor electrice, trebuie

asigurate cu protecții specifice acestor utilaje, referitoare la protecția persoanelor contra

atingerii părților interioare aflate sub tensiune, cât și contra pătrunderii corpurilor străine

solide, contra pătrunderii apei și protecția contra deteriorărilor mecanice. Gradele de protecție

sunt simbolizate prin literele IP urmate de două sau trei cifre.

Page 11: Senzori Si Traductoare

11

În timpul funcționării sau pe durata transportului, traductoarele pot fi supuse unor

șocuri sau vibrații mecanice. Șocurile pot apărea în cazul unor obiecte mobile terestre,

maritime, aerospațiale sau generate de fenomene seismice. Încercările la șocuri și vibrații și

constatarea rezultatelor acestor solicitări sunt precizate printr-o serie de standarde.

Caracteristici de fiabilitate Fiabilitatea este proprietatea unui traductor de a funcționa în limitele indicatorilor de

performanță, fără defecțiuni, un timp cât mai îndelungat.

Mentenabilitatea este proprietatea unui traductor de a i se preveni, depista și înlătura

defecțiunile.

Restabilirea este proprietatea traductorului de a-și recăpăta integral capacitatea de

funcționare după efectuarea reparațiilor (mentenanței).

Disponibilitatea este proprietatea unui traductor ca să-și îndeplinească funcția

specificată sub aspectele combinate ale fiabilității, mentenabilității și organizării activității de

mentenanță, la un anumit moment de timp sau într-un anumit interval de timp.

2.6. Senzori ultrasonici

Senzorii ultrasonici sunt unii dintre cei mai utili și eficace senzori din dotarea roboților

mobili. Aceștia permit o măsurare destul de precisă, fără contact, a distanțelor dintre robot și

obiectele din mediul înconjurător. Aceștia asigură premizele pentru câteva activități esențiale

ale roboților:

Identificarea poziției și orientării altor module, pentru atașare sau cuplare;

Identificarea obstacolelor din mediul înconjurător, pentru a stabili o strategie optimă

de ocolire a acestora;

Măsurarea distanței față de anumite repere, fixe sau mobile din mediu, pentru

ancorarea propriei poziții în spațiul de lucru.

Senzorii ultrasonici sunt relativi simpli și ușor de interfațat cu diferite dispozitive și în

diverse domenii de activitate.

Senzorul emite un impuls sonic și apoi așteaptă ecoul apărut la întâlnirea undei cu un

obiect. Impulsul este emis de un traductor care face conversia între energia electrică, mecanică

și acustică. Timpul dintre emiterea pulsului și recepționarea ecoului său este folosit în

determinarea distanței față de obstacole.

Pulsul emis are o formă conică, iar orice corp care intră în interacțiune cu unda emisă va

declanșa un ecou. Este imposibil să se facă diferența între obiecte mici și mari. Această

problemă are ca soluție folosirea mai multor senzori sau folosirea unor senzori rotativi.

2.7. Traductoare de lumină

Fotorezistorul Fotorezistorul este un dispozitiv electronic, cu o rezistență electrică ce se modifică sub

acțiunea unui flux luminos care cade pe suprafața sensibilă a acestuia. Acesta este format dintr-

o peliculă de material semiconductor, aplicată prin evaporare în vid pe un grătar metalic fixat

Page 12: Senzori Si Traductoare

12

pe o placă izolatoare. Pelicula este prevăzută la capete cu contacte ohmetrice, ce reprezintă

terminalele, ea fiind protejată prin acoperire cu lac sau prin încapsulare în material plastic.

Rezistența electrică a fotorezistorului scade cu creșterea intensității fluxului luminos

aplicat pe suprafața sensibilă a acestuia. Rezistența se modifică în funcție de gradul de

acoperire a suprafeței sensibile.

Fig. 1: Fotorezistor

Fotodioda Fotodioda este un tip de fotodetector capabil să convertească lumina în curent electric

sau tensiune electrică, în funcție de modul de operare. Aceasta e realizată dintr-o joncțiune PN

fotosensibilă, ce funcționează în polarizare inversă.

Capsula fotodiodei este prevăzută cu o fantă transparentă, sub forma unei ferestre plane

sau a unei lentile, ce permite pătrunderea luminii către joncțiune.

Fig. 2: Fotodiode

Page 13: Senzori Si Traductoare

13

Fototranzistorul Fototranzistorul este un tranzistor cu joncțiunea bază-colector fotosensibilă. Din punct de vedere

constructiv, se deosebesc două tipuri de fototranzistoare: cu două terminale sau cu trei terminale.

În configurația cu două terminale, baza nu este accesibilă, situație în care semnalul de intrare în

fototranzistor este exclusiv lumina.

În configurația cu trei terminale, baza se conectează în circuit și asigură o stabilitate mai bună a

punctului static de funcționare față de variațiile de temperatură.

Spre deosebire de fotodiodă, fototranzistorul are sensibilitatea mult mai mare dar, în schimb, are

viteza de răspuns mai mică (microsecunde față de nanosecunde ca în cazul fotodiodei).

Capsula fototranzistorului este prevăzută cu o fereastră în care este plasată o lentilă care focalizează

fluxul luminos asupra regiunii fotosensibile a dispozitivului.

Fig. 3: Fototranzistoare

2.8. Senzori de culoare

Senzorii de culoare detectează culoarea unei suprafeţe. Ei emit unde luminoase (cu

ajutorul LED-urilor) pe obiectele ce se doresc a fi testate, calculează apoi coordonatele de

cromianţă din radiaţia reflectată şi le compară cu cele stocate în etapa de învăţare a culorii de

referinţă. Dacă valorile se încadrează în gama de toleranţă, este emis un semnal.

Acești senzori sunt ideali pentru identificarea rapidă și fără contact a obiectelor solide

pe baza luminii incidente, în vederea sortării și monitorizării, sau pentru monitorizarea

obiectelor transparente prin transmitere de lumină. Senzorii sunt compacți, imuni la

interferențe, neafectați de surse de lumină externe și nu necesită operațiuni de întreținere.

Există senzori care pot detecta o singură culoare sau care pot identifica chiar nuanțe ale

unei culori. Senzorii de culoare pentru detectarea unei singure culori se utilizează în procese

de producție de mare viteză pentru detectarea, monitorizarea și sortarea în funcție de culoare

în cadrul proceselor de automatizare.

Page 14: Senzori Si Traductoare

14

3. CONCLUZII

Mecatronica este o sferă interdisciplinară a științei și tehnicii, care se ocupă, în general,

de problemele mecanicii, electronicii și informaticii. Totuși, în ea sunt incluse mai multe

domenii, care formează baza mecatronicii și care acoperă multe discipline cunoscute, cum ar fi:

electrotehnică, energetică, tehnica de cifrare, tehnica microprocesării informației, tehnica

reglării și altele.

Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiții și limite,

parametrii mediului ambiant și să reacționeze la modificări ale acestora. Extrapolând

considerațiile despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin „senzor”

se înțelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării mașinilor cu simțuri. Acesta are rolul de a

determina una sau mai multe proprietăți și, în funcție de nivelul de integrare, poate avea funcții

mai simple sau mai complexe.

Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare

într-un semnal electric util, dar și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și, eventual,

pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor.

4. BIBLIOGRAFIE

1. Dolga V., Senzori și traductoare, Editura Eurobit, Timișoara, 1999.

2. Note de curs Flexform 3 – Tehnologie și educație mecatronică. Dezvoltare durabilă

3. Definiție mecatronică, http://www.mecatronica.ro/definitie_mecatronica.html,

accesat la data 29.07.2013.

4. Traductoare,

http://retele.elth.ucv.ro/Ciontu%20Marian/Sisteme%20de%20monitorizare%20%

28Master%29/traductoare%201.pdf, accesat la data 29.07.2013.