Senzori si traductoare - Facultatea de Mecanică · PDF file6-traductor piezoceramic ......

Click here to load reader

  • date post

    16-Apr-2018
  • Category

    Documents

  • view

    221
  • download

    4

Embed Size (px)

Transcript of Senzori si traductoare - Facultatea de Mecanică · PDF file6-traductor piezoceramic ......

  • 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).