Osnove mehatronike 2 senzorji aktuatorji.ppt - LRT-MElrtme.fe.uni-lj.si/lrtme/slo/osno_meha/Osnove mehatronike_2_senzorji... · Včasih so bili bazirani na piezo-elektri čnih kristalih,

1

Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič

Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko

1

tip okus voh sluh vid

govor gib

SPOMIN

SPREJEM OBDELAVA INFORMACIJ IZDAJA

OKOLICA

ČLOVEK

Pretok informacij pri človeku



2

Pretok informacij pri krmilju

OBDELAVASIGNALOV

PROGRAM,ŽELENE VREDNOSTI,

MEJNE VREDNOSTI itd.

D1

D2

D3

O1

O2

I1

I3

I2

S1

S2

S3

T1

T2

Q1

Q2

MERITEV IZDAJAUKAZOV

Legenda:

I1, I2, I3 - fizikalne veličine na vhoduQ1, Q2 - fizikalni veličini na izhoduD1, D2, D3 - dajalniki vhodnih signalov - SENZORJIO1, O2 - dajalnika izhodnih signalov - AKTUATORJIS1, S2, S3 - vhodni signaliT1, T2 - izhodna signala



senzor

fizikalna veličina (npr. t, p, F, x...)

vhodna enota

u, i

CPU BUS

proces krmilnik

Slika 4.1: Blokovna shema zajemanja informacij preko senzorjev

2



4

Območje: minimalne in maksimalne vrednosti, ki jih lahko

merimo

Resolucija: najmanjša še zaznavna sprememba merjene

količine

Pogrešek: razlika med izmerjeno in dejansko vrednostjo

Natančnost: mera maksimalnega predvidenega pogreška.



5

Senzorji

Senzorji

Digitalni senzorji Analogni senzorji

Enobitni senzorji Večbitni senzorji

• Kontaktni dajalniki položaja

• Induktivna in kapacitivna približevalna stikala

• Fotoelektrični senzorji

• Ultrazvočni senzorji

• Merilniki položaja • Analogni merilniki temperature

• Merilniki položaja

• Merilniki hitrosti in pospeška

• Merilniki tlaka

• Merilniki sile

Tabela 4.1: Primeri senzorjev



6

Diskretni dajalniki -Binarni dajalniki položaja

Dajalniki končnega položajaKontaktni dajalniki končnega položaja

Nekatere izvedbe končnih stikal

Pnevmatsko stikalo

3



7

Dajalniki končnega položajaBrezkontaktni dajalniki končnega položaja

Induktivno približevalno stikalo (SIEMENS, serija 3RG4, LED zasveti ob aktiviranju stikala) in karakteristika vklopa in izklopa v

odvisnosti od oddaljenosti merjenca




8


Sestava kapacitivnega približevalnega stikala




9

Oblika signala

4



10


Slika 4.6: Direktno (levo) in odbojno (desno) zajemanje svetlobe

Vpliv polarizirajočih filtrov na odhodni in dohodni žarek pri odboju od odbojnika (levo) in bleščečega predmeta (desno)

O S

O

SSO




11

Fotovoltaika

Hitri, vendar izhodna napetost ni linearno odvisna od intenzitete svetlobe.



12

Fotovoltaika

5



13

Merjenje kota zasuka: nostavno merjenje



14

Praktični primer: Osebni avto –Merilnik zasuka odmične gredi



15

Diskretni dajalniki –Večbitni dajalniki kota zasuka

6



Ambrožič : Meha

16

Geay-eva koda (spremeni se stanje le enega bita) – manjša občutljivost

Binarna koda

Merjenje kota zasuka: absolutni dajalniki



Ambrožič : Meha

17

Merjenje kota zasuka: inkrementalni dajalniki



Ambrožič : Meha

18

Ugotavljanje smeri vrtenja in povečanje ločljivosti

Merjenje kota zasuka: inkrementalni dajalniki

7



Ambrožič : Meha

19

LVDT (linear variable differential transformer)

Merjenje pomika (sile, tlaka): LVDT



Ambrožič : Meha

20

Merjenje pomika (sile, tlaka): LVDT



Ambrožič : Meha

21

Dopplerjev efekt (npr, ultrazvok, ali elektromagnetno vzbujanje)

' vv v

v r

vf f

v v=

−

vv, fv – hitrost in frekvenca vira

vr – relativna hitrost predmeta

fv‘ – navidezna frekvenca vira

Merjenje hitrosti

8



Ambrožič : Meha

22

Izvirajo iz meritve sile: F=ma

Merilnik s prožno gredjo

Pospeškometri (vzmetni)



Ambrožič : Meha

23

Pospeškometri (piezoelektrični*):

*1880 – Pierre in Jacques Currie

npr.: kvarc: mehanska sprememba ↔ napetost

Q∼F

Pospeškometri (piezoelektrični*)



Ambrožič : Meha

24

Pospeškometri (kapacitivni):

9



25

Analogni dajalniki - Merjenje tlaka tekočine in sile

p2p1

gibljivamembrana

Princip merjenja tlaka tekočin

Primer realizacije merilnika sile



26

Diskretni dajalniki -Merjenje temperature

Levo: bimetal v hladnem stanju – kontakt sklenjen; desno: segreti bimetal – kontakt razklenjen



27

Analogni dajalniki -Merjenje temperature

Termočleni

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

T [°C]

U [

mV

]

← NiCr-CuNi tip E

↑ NiCr-Ni tip K

↑ Pt13Rh-Pt tip R

Potek napetosti v odvisnosti od temperature nekaterih termoelementov

mV

+

_merilnomesto

priključnatočka

izenačevalnatočka

Princip merjenja s termočlenom

10



28

Analogni dajalniki -Merjenje temperature

Temperaturno odvisni upori

-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 8000

50

100

150

200

250

300

350

400

T [°C]

R [

Ω]

• ← R0

Odvisnost upornosti od temperature za Pt100

Načini vezave temperaturno odvisnega upora (2-, 3- ali 4-žična)

Značilna oblika temperaturne sonde



Mikroelektromehanski sistemi

Združujejo mehanske elemente, aktuatorje, senzorje in elektroniko

MEMS komponente so velike od 1 do 100 µm[1][2]

MEMS naprave pa so ponavadi velike od 20 µm do 1 mm[3]

MEMS

MEMS



Zmanjšanje obstoječih naprav

Izdelava orodij za interakcijo z mikrosvetom

Za izdelavo potrebujemo manj materiala

Z zmanjšano velikostjo in težo poveča aplikativnost

Integracija

Prednosti:

MEMS

11



Senzorji pritiska

Senzorji vztrajnosti

Mikro tekočinske/bio MEMS aplikacije

Optični MEMS/ MOEMS

Radiofrekvenčni (RF) MEMS

Ostali [4]

Različne aplikacije

MEMS



Klasičnih metod, kot so rezkanje, vrtanje, struženje, kovanje in litje se zaradi velikosti ne uporablja

Veliko tehnologij za izdelavo MEMS je prevzetih iz izdelave tiskanih vezij

Jedkanje, vezanje ploskev, površinska obdelava, metoda DRIE

Največ se uporablja silicij in njegove spojine

Izdelava

MEMS



Analog devices ADXL330 3-osni 3g merilec pospeška

MEMS

12



Lahko meri statične (gravitacija) ali dinamične (premikanje,

vibriranje) sile

Ponujajo kompaktno, robustno in natančno zaznavanje ter nizko porabo

Včasih so bili bazirani na piezo-električnih kristalih, ki pa so preveliki

in nerodni

Prvi mikro merilec pospeška je bil ustvarjen leta 1979 na Univerzi Stanford [1]

Trajalo 10 let, da so se začeli uporabljati v izdelkih masovne

proizvodnje [1]

Merilec pospeška

MEMS



Uporabljajo se v čedalje več osebnih elektronskih napravah, kot so predvajalniki, igralne naprave in še posebej v pametnih telefonih

Preklapljanje med horizontalnim in vertikalnim načinom slike

Stabilizacija slike

Nintendo Wii kontroler

Varovanje trdega diska

Airbag sistemi

Sistem proti zdrsu

Aplikacije

MEMS


Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehnikoMEMS

13



Kondenzatorski merilec pospeška

• Zaznava spremembo kapacitivnosti ob premiku• Sestavljen iz fiksne in gibljive elektrode, ki je preko

vzmeti povezana z ohišjem• C=ε A/d

MEMS



850 kratna povečava MEMS elementa

MEMS



Merilec pospeška

14



Merilec pospeška - elektronika



Analogni ali digitalni

Merilno območje

1D, 2D ali 3D

Občutljivost

Pasovna širina

Različni parametri:

MEMS



42

Dajalniki – primerOsebni avto

15



43

Aktuatorji

Aktuatorji

Aktuatorji , vodeni z digitalnimi signali Aktuatorji, vodeni z analognimi signali

• Releji in kontaktorji • Dvopoložajni ventili

• Električni motorji • Zvezno nastavlj ivi ventili

Nekateri tipi aktuatorjev



44

Aktuatorji - binarni

Releji in kontaktorji

Zgradba releja in primer vklopa žarnice na 230V

A1 1

2

3

4

5 13

14

21

226A2

priključkikrmilnetuljave

pomožnikontakti

glavnikontakti



45


Solenoidi

Linearni solenoidi

16



46


Ventili

ustje ventila

oklep

armatura

navitje

vzmet za zapiranje

Dvopoložajni solenoidni ventil EV210A NC



47

Aktuatorji – vodeni z analognimi signali

Frekvenčni pretvornik

Blokovna shema frekvenčnega pretvornika

±

inteligentninadzor nadizh. tokom

za~itnefunkcije

krmilnonapajalno

vezje

Programirna

Opcije

Opcije

napajanje

krmilnivhodi

reset

potenciometerza ref. frekvenco

alarmelekt. -term.

rele



48

Aktuatorji – vodeni z analognimi signali

Zvezno nastavljivi ventili

navitje zaporna vzmet

armatura

ustje

membrana

priključno mesto

Zvezno nastavljivi ventil EV260B

17



49

Prikazovalniki



50

Električni stroji

Documents

Osnove mehatronike 2 senzorji aktuatorji.ppt - LRT-MElrtme.fe.uni-lj.si/lrtme/slo/osno_meha/Osnove mehatronike_2_senzorji... · Včasih so bili bazirani na piezo-elektri čnih kristalih,