ANDURID

OBJEKTI REGISTREERIVAD ANDURID

 

Kontaktandurid objekti registreerimiseks

Objekt registreerimise kontaktanduritena võib kasutada mehaanilisi lüliteid. Nad tekitavad sees/väljas-tüüpi signaale objektiga mehaanilise kontakti tulemusel. Kui objektilt rõhk eemaldada, siis lüliti tagastub algolekusse.

On olemas kahte tüüpi lüliteid: normaalselt avatud (NO) ja normaalselt suletud (NC). NO lülititel on avatud kontaktid ning kui neile rakendada mehaaniline jõud, siis nad sulguvad ja ühendavad elektriahela; NC lülititel on suletud kontaktid, mis avanevad mehaanilise jõu rakendamisel, ja katkestavad elektriahela.

Lüliteid saab kasutada mööduvate objektide kindlakstegemiseks. Seda saab teostada, kasutadesrullikut (joonis 8.1а) või kangi (joonis 8.1.b).

Joonis 8.1 Kontaktandurid

Kontaktandureid kasutatakse laialdaselt peamiselt nende odavuse tõttu ja kuna neid ei mõjuta objekti kuju, värvus ega materjal.

 

Lähedusmuundurid

Nendel muunduritel puudub kontakt liikuva objektiga. Nende väljundsignaal on funktsioon muunduri ja objekti vahelisest suhtelisest asendist. Sõltuvalt füüsikalisest tööpõhimõttest nad on:

• induktiivmuundurid;
• pöörisvoolumuundurid;
• mahtuvusmuundurid;
• ultrahelimuundurid jne.

Nende muundurite eeliseks on nende suur töökindlus, kuna objekti ja muunduri vahel pole mehaanilist kontakti, hõõrdumist, kulumist, müra ega takistuse muutumist.

Puuduseks on mittelineaarne muundusfunktsioon. Väljundsignaal sõltub tavaliselt mitte ainult objekti kaugusest, vaid ka selle kujust ja materjalist.

Need mõõtemuundurid võivad töötada nii analoog- kui digitaalrežiimis. Analoogrežimis on väljundsignaaliks pidev funktsioon anduri ja objekti vahelisest kaugusest. Digitaalrežiimis on kaks diskreetset taset – madal ja kõrge. Kõrge väljundtase vastab objekti olemasolule teatud kaugusel muundurist. Madal tase vastab objekti puudumisele või see on muundurist kaugel. Lähedusmuundurid talitlevad digitaalrežiimis.

Magnetilise takistuse muutmisega induktiivmuundur

Seda muundurit võib ette kujutada kui trafot, mille primaarmähis on ergutusmähiseks ja sekundaarmähis on muunduri mõõtemähiseks. Sellise trafo magnetahel sisaldab liikuvat objekti, mis peab olema ferromagnetiline või ferromagnetilise kattega.

1 – ühendusjuhtmed mõlemale mähisele; 2– kaas; 3 – ergutus- mähis; 4 – mittemagnetiline kest; 5 – mõõte-mähis; 6 – karkass; 7 – ferromagnetiline objekt

Joonis 8.2 Magnetilise takistuse muutmisega induktiivmuundur [63]

Vahemaa d bjekti ja anduri vahel määrab magnetilise takistuse ja järelikult – magnetvoo läbi sekundaarmähise ning pinge selle klemmidel. See pinge sõltub mittelineaarselt >d -st,

(8.1)

kus E on algpinge, kui ; koefitsient a sõltub objekti magnetilisest läbitavusest, kujust ja mõõtmetest.

Mida lähemal on objekt muundurile, seda kõrgem on mõõtemähise pinge.

Pöörisvooluandurid

Pöörisvooluandurite tööpõhimõte põhineb pooli aktiivtakistuse ja induktiivsuse muutusele voolujuhtiva objekti lähenemisel.

1 – mähis; 2 – juhtivast materjalist objekt; 3 – kõrgsagedusgeneraator

Joonis 8.2 Pöörisvooluandur [63]

Pooli läbiv vahelduvvool tekitab objektiga lõikuva magnetvälja, mis tekitab selles pöörisvoolud. Need tekitavad magnetvälja, mis on vastupidine tema tekkepõhjusele, s. t. mähise magnetväli väheneb. Mähise elektrilised omadused muutuvad: aktiivtakistus suureneb kadude suurenemise tõttu juhtivas keskkonnas ja mähise induktiivsus väheneb.

Mahtuvuslikud lähedusmuundurid

Mahtuvuslikud andurid kasutavad läheneva objekti võimet muuta anduri poolt mõõdetavat mahtuvust.

1 – silindriline osa;

2 – koaksiaalne toru ümbris;

3 - objekt

Joonis 8.3 Mahtuvuslikud lähedusmuundur

Elektriline aseskeem on kujutatud joonisel 8.4.

(8.2)

Joonis 8.4 Mahtuvuslikud lähedusmuunduri tööpõhimõte [60]

Punkt 2 ja objekt 3 on harilikult maandatud. Seega

(8.3)

s.t. ekvivalentne mahtuvus sõltub anduri ja objekti vahekaugusest.

Muundur on tavaliselt ühendatud vahelduvvoolusillaga.

Ultraheli-lähedusmuundurid

Seda tüüpi andurites kasutatakse ultraheli saatjat ja vastuvõtjat (joonis 8.5). Väljastatud ultraheli peegeldub objektilt ja tagastub vastuvõtjale.

>

1- anduri kere, 2 – ultraheli saatja, 3 – ultraheli vastuvõtja, 4 - objekt

Joonis 8.5 Ultraheli-lähedusmuundur [60]

Ultraheliga objektide registreerimist ei mõjuta objekti optilised näitajad. Erinevalt induktiiv- ja pöörisvooluanduritest ultrahelil ole piiranguid registreeritava objekti materjalile.

Optilised andurid objekti registreerimiseks

Optoelektroonilised muundurid koosnevad elementide paarist: valgusallikast ja vastuvõtjast, mis reageerib temale langevale valgustugevusele. Enamus paljudest vaatlusmeetoditest põhineb valgusallika füüsikalisel paigutusel vastuvõtja suhtes.

Enamus optoelektroonilisi andureid kasutab valgusallikana valgusdioode (LED). LED on elektriliselt dioodisarnane pooljuhtkristall, mis erineb selle poolest, et ta kiirgab pärivoolu korral väikesel määral valgust. Rakendustes, kus vaadeldav värvus on kontrastne, võib olla oluline LED värvi valik.

Optoelektrooniline vastuvõtja kasutab tavaliselt ühte kolmest valgustundlikust elektroonilisest elemendist: fototakisti, fotodiood või fototransistor.

Valgusdioodid, välja arvatud infrapuna LEDid, väljastavad vähem valgust kui fluorestsents- või hõõgniidiga valgusallikad. Tavaliselt nad väljastavad vähem valgust kui ümbritsev valgustase. Andurite valgusvoo moduleerimine võimaldab nõutavat tundlikkust, mis on vajalik nõrga valguse töökindlaks tuvastamiseks.

Valgusdioode võib sisse ja välja lülitada (moduleerida) suure kiirusega, tavaliselt mitme kHz sagedusega (joonis 8.6). Modulatsioon võimaldab fototransistor-vastuvõtja võimendi häälestada modulatsioonisagedusele võimendama ainult selle sagedusega pulseerivaid valgussignaale.

1 - vastuvõtja;2- moduleeritud signaal; 3 - muundur

Joonis 8.6 Optiline andur objekti registreerimiseks

Vastuvõtja ignoreerib ümbritsevat valgust ja vastab ainult oma moduleeritud valgusallikale. Seetõttu moduleeritud vastuvõtjat võib võimendada väga kõrge tasemeni. Sellest hoolimata võivad väga eredad valgusallikad takistada anduri normaalset tööd.

Infrapuna LEDe kasutatakse optilistes andurites kõige laialdasemalt, kuid kui tuleb määrata värvust, kasutatakse nähtavas spektrialas töötavaid valgusdioode.

Eristatakse optiliste anduritega objektide registreerimise kolme põhitehnikat: difusioon-, barjäär- ja reflektortehnikat

• difusiooni meetod

Seda meetodit kasutavates andurites objekt registreeritakse anduri eest möödumisel ja peegeldab valgusallika valgust tagasi vastuvõtjasse. Sel juhul on objekti värvusel tugev mõju. Mida heledam on objekti värvus, seda kaugemalt võib seda registreerida. Valgusallikas ja vastuvõtja on harilikult, kuid mitte alati paigutatud samasse ümbrisesse.

1- objekt; 2- valguskiir; 3 - andur

Joonis 8.7 Optiline anduri difusiooni meetod [63]

Difusioonimeetodil valgusallika valgus langeb objektile teatud nurga all. Sel hetkel valgus hajub objekti pinnalt erinevatesse suundadesse. Vastuvõtja võib olla eri nurga all ja sellesse jõuab nõrk hajunud valgus. Sellest vaatepunktist difusioonimeetod on suhteliselt ebaefektiivne objektide registreerimiseks. Veelgi enam, difusioonimeetodil on ülimalt tähtis, millisel määral registreeritava objekti pind peegeldab valgust. Heledaid valgeid pindu registreeritakse palju kaugema vahemaa tagant kui matte musti pindu. Suuremõõteline objekt, mis hõlmab kogu anduri voo, tagastab vastuvõtjale enam energiat kui väike objekt, mis hõlmab voogu ainult osaliselt. Enamus difusioonanduritel on läätsed väljastatava valguskiire suunamiseks, aga ka suurema hulga peegeldunud valguse fokuseerimiseks. Difusioonandurite läätsed võimaldavad pikemat registreerimisvahemaad ja suurendavad oluliselt koostenurka läikivate ja siledate objektide määramise rakendustes.

• registreerimise barjäärimeetod

Barjäärimeetodi korral (joonis 8.8) vastuvõtja ja allikas on paigutatud eri ümbristesse. Nad on paigaldatud üksteise vastu ja nende vahel on valgusvoog. Objekt tehakse kindlaks, kui ta läheb läbi vastuvõtja ja allika vahelt, katkestades vastuvõtjasse saadetava valgusallika valguse. Objekti registreerimisel optiliste anduritega on tõhusaim barjäärimeetod.

1- vastuvõtja; 2- objekt; 3- valgusallikas [63]

Joonis 8.8 Optiline anduri parjäär meetod

• registreerimise reflektormeetod

Reflektormeetodi korral (joonis 8.9) kasutatakse reflektorit, mis peegeldab tagasi temale langenud valguse. Valgusvoog tekib valgusallika, reflektori ja vastuvõtja vahel. See võib olla infrapuna või nähtav valgus. Kui objekt ristub valguskiirega, siis andurisse tagastuva peegeldunud valgusvoo tugevus väheneb ja objekt tehakse kindlaks.

1- reflektor; 2- valguskiir; 3 - andur

Joonis 8.9 Optiline anduri reflektormeetod [63]

Läikivate objektide kindlakstegemiseks tuleb andur paigaldada sedasi, et valgusvoo langemisnurk oleks erinev 90°-st. Sellisel viisil peegeldunud valguse tugevus väheneb.

Teine tehnika läikivate objektide kindlakstegemiseks on polariseerivate filtrite kasutamine. Filtrid paigutatakse valgusallika ja vastuvõtja ette, kusjuures filtrite polarisatsioonitasandid on pööratud 90 °. Väljastatud polariseeritud valgus peegeldub reflektorilt, mis muudab ka selle polarisatsioonitasandit, nii et see saab läbida vastuvõtja polarisatsioonifiltrit. Kui väljastatud valgus peegeldub objektilt, siis selle polarisatsioonitasand ei muutu ja vastuvõtja polarisatsioonifilter ei edasta seda valgust ja see võimaldab objekti olemasolu tuvastada.