Senzori si traductoare

Prof. dr. ing. Valer DOLGA,

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 2

Cuprins 6

Traductoare / senzori de proximitatea) Conversia optoelectronicab) Senzori de proximitate opticic) Fenomenul acustic si senzori de proximitate acusticid) Senzori de proximitate pneumatici

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 3

Conversia optoelectronica

Conceptul conversiei optoelectronice: a) principiul; b) domeniu

Spectrul radiaiei electromagnetice

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 4

Fotorezistorul

Componentele unui senzor optic - trei categorii:

a) elementul fotosensibil, inclusiv primul nivel de preamplificare;

b) elemente optice (oglinzi, lentile, filtre) i elemente auxiliare pentru fixare;

c) elementele de circuit electronic pentru prelucrarea informaiei.

Fotorezistorul. Structura i caracteristici

Fotorezistorul - format dintr-un strat semiconductor de Se, SPb, STa, SeCd, SePb depus prin evaporare n vid pe un grtar metalic, fixat n prealabil pe o plac izolatoare;

Rezistena de ntuneric Rd a fotorezistorului - rezistena inclus n circuitul electric de ctre fotorezistorul neiluminat.

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 5

I - I = I = S d

fluxul luminos incident la suprafaa fotorezistorului;

I curentul care trece prin fotorezistor la iluminare;

Id este curentul de ntuneric.

Sensibilitatea integrala S:

ntrzierea n rspuns - inferioar lui 10 ms.

Caracteristici de catalog: caracteristicile spectrale ale sensibilitatii S = f(); caracteristicile voltampermetrice I = f(U), Id = f(U) (U este tensiunea aplicat pe fotorezistor).

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 6

Fotodioda

Fotodioda - o jonciune p-n de o construcie special - face posibil incidena razelor de lumin n domeniul zonei de difuzie a acesteia;

Caracteristicile statice ale fotodiodei :

regimul propriu-zis de fotodiod

regimul de fotogenerator (transformator al energiei luminoase n energie electric).

n regim de fotodiod - jonciunea p-n este polarizat invers cu ajutorul sursei U1.

Incidena razelor de lumin n zona de difuzie determin o cretere a curentului invers Iinv.

Simbolul i polarizarea

fotodiodei

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 7

Fotodioda:

a) construcie; b) caracteristici

Timpul de cretere - variaz ntre 0.1 i 0.9 din valoarea final, la aplicarea unui salt de iluminare, este de ordinul a 1 s.

Caracteristica de sensibilitate spectral - prezint (ca i celelalte fotodetectoare) un maxim.

Fotodioda cu Si - un maxim pentru max = 800 nm.

n infrarou, fotodiodele din Ge au max = 1,6 m iar cele din InAs, max= 3.5 m.

Fotoelementele cu lentil au o directivitate mai pronunat dect cele cu fereastr plan.

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 8

Fototranzistorul

Fototranzistorul. Caracteristici i reprezentare.

Fototranzistorul - o placu semiconductoare (n-p-n sau p-n-p) la care regiunea de baz poate fi iradiat cu lumin;

Ineria fototranzistoarelor n funcionare este mai mare dect cea a fotodiodei

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 9

LED, IRED

Circuit pentru alimentarea unui LED

Fotodiode emisive:

Diodele electroluminiscente (LED)(Light Emitting Diode)

IRED (Infrared Emitting Diode)

Suprafaa activ a diodei: 0.1-10 mm2 ;

Intensitatea radiaiilor emise este proporional cu curenii direci prinjonciune (1 - 100 mA).

Eficiena transformrii este de 1 - 5 %

Radiaia luminoas a unui LED - monocromatic:cu radiaie roie (LED pe baz de GaAsP); galben, verde (LED pe baz de GaP);infraroie (LED pe baz de GaAs).

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 10

Componente optice

Modificarea direciei de propagare a razei optice pe o oglind:

a) - plan singular; b) unghiular

Refracia luminii printr-o lentil convergent

Prisme:

de reflexie

de refractie

de divizare

Filtrele optice - lame plan-paralele:au o transparen selectiv n raport cu lungimile de und ale radiaiei incidente (filtre selective)

saupermit trecerea radiaiilor de orice lungime de und, micornd intensitatealuminoas a ntregului spectru (filtre neutre sau cenuii).

Lentile

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 11

Senzori de proximitate optici

Schema principial a senzorului de proximitate optic: 1-emitor; 2-receptor; 3-obiect; 4-lentil colimatoare

Funcionarea acestor senzori se bazeaz pe modificarea fluxului luminos, dintre un generator i un receptor, n prezena obiectului controlat.

Pentru mrirea rezistenei la parazii, n special, n cazul lucrului n luminputernic, ca surs de lumin (1), se utilizeaz un generator de impulsuri scurtede frecven 0.1-1 kHz, cu posibilitatea de detectare sincron a acestorimpulsuri din partea receptorului

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 12

Ca generatoare se utilizeaz diodele cu radiaii n infrarou, iar ca receptoare(2) fotorezistoare, fototranzistoare, fotodiode.

Pentru mrirea sensibilitii spaiale de detectare, generatorul i receptorul, se prevd cu sisteme optice de focalizare pentru distana prescris

Schema principial a senzorului de proximitate optic pe principiul reflexiei

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 13

Principiul senzorului de proximitate optic

(E-emitor;R-recptor)

a) obiect nesesizat;

b) obiect sesizat

Poziia relativ imodul de conectare

la reea a celordou componente

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 14

Utilizarea fibrelor optice Scheme de alimentare ale traductorului

Senzor de proximitate optic

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 15

Vedere expandat a senzorului de proximiate optic

Domenii de sensibilitate

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 16

Senzor optic: a) poziionarea n efector; b) componena (1-emitor;

2-receptor; 3-bac)

Dependena semnalului de poziia senzorului:

a) funcie de distana "d";

b) funcie de unghiul

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 17

Profilul semnalelor la scanarea piesei:

a) linia de scanare 1; b) linia de scanare 2

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 18

Senzor optic n efectorulfinal al RI IRb-60

Dispunereasenzorilor pe efector

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 19

Fenomenul acustic

Sunetele - oscilaii elastice care se datoresc vibraiilor mecanice ale particulelor mediului.

Sunetele se clasific n :

infrasunetele cu frecvena < 16 Hz;

sunetele propriuzise cu frecvena 16 < f < 16 kHz;

ultrasunetele cu frecvena f > 16 kHz

lungimea de und;

f este frecvena;

T perioada undelor sonore.

E = c viteza de propagare in medii solide: E este modulul de elasticitate al

materialului iar este densitatea materialului

T

= f = c = viteza de propagare a sunetului

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 20

e I = I -ax0 Absorbia undelor sonore n diferite medii:

I0 este intensitatea undei incidente, x este distana fa de surs, a este un factor dependent de mediu i frecvena f avnd expresia:

a) pentru lichide i gaze : a = f2;

b) pentru solide : a = f

Sunetele prin propagare in mediu - sufer reflexii, refracii, difracii, interferene i alte fenomene caracteristice pentru micarea ondulatorie.

c + c c - c = R

2211

2211

Coeficientul de reflexie la limita de separatie intre doua medii:

-1, 2 - densitile celor dou medii;

-c1, c2 - vitezele de propagare a sunetelor n aceste medii

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 21

Principiul de lucru al senzorului de locatie

c + c c - c I = I

2211

2211

2

0

Intensitatea undei reflectate, n cazul incidenei la limita de separaie a dou medii:

Variante principiale de senzori acustici

a) varianta cu emitor i receptor separai b)varianta cu emitor i receptor unic

sunet ecou

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 22

Senzor de proximitate acustic

Senzor de proximitate

1- carcasa senzorului; 2- element metalic; 3- cablu; 4- material absorbant; 5- rain natural;

6-traductor piezoceramic

Trei zone "interzise" determin nivelul de securitate n jurul RI:

a) zona de securitate - interdicia de ptrundere n aceast zon este realizat prin baraje materiale sau nemateriale.

b) spaiul operaional delimitat de limita evoluiei poteniale a robotului industrial. Detectarea unui "obstacol" (operator, piese, echipamente periferice etc.) - prin senzori de proximitate: ultrasonici, optici, capacitivi, magnetici, cu efect Hall etc.

c) spaiul de lucru corespunztor aplicaiei robotizate. Detectarea prezenei unui "obstacol" contact.

Senzor de proximitate

(E - emitor; R-receptor)

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 23

Senzor de proximitate pneumatic

Principiul de funcionare = modificarea unuia sau a mai multor parametri de stare ai fluidului (presiune, vitez) sub influena unui corp, a crui prezen trebuiesesizat.

Simpli, constructiv i functional, cu semnale vehiculate de nivel energetic sczut(nu influeneaz starea obiectului mobil), robuti i fiabili,

Senzor pneumatic

a) soluia principial

b) caracteristica static

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 24

Alimentarea senzorului se realizeaz cu aer la presiunea p1 = ct.

Ajutajul (A) se comport n circuitul pneumatic ca o rezisten pneumaticfix (R1), producnd o cdere de presiune p, iar duza (D) ca o rezistenpneumatic variabil (R2).

Valoarea acestei rezistene are o component constant, datorat, canalului duzei i o component variabil, ce depinde de gradul de obturare al duzei de ctre palet (adic de distana h, dintre duza ipalet).