Die industrielle Automatisierung wächst immer schneller und Industrie 4.0 ist derzeit das Ziel der industriellen Automatisierung. Obwohl jeder von der industriellen Automatisierung gehört hat, ist nicht jeder mit der industriellen Automatisierung sehr vertraut. Um Ihr Verständnis der industriellen Automatisierung zu verbessern, stellt dieser Artikel Sensoren vor, einen wesentlichen Bestandteil der industriellen Automatisierung. In diesem Artikel erfahren Sie, wie der Sensor die gesamte Steuerung automatisierter gestalten soll.
Sensor (Sensor) ist ein weit verbreitetes, aber sehr wichtiges Gerät, es ist das Gefühl, die gemessenen Größen zu erfassen und nach bestimmten Gesetzen in ein nützliches Signalgerät oder -gerät umzuwandeln. Bei einem Sensor kann der Eingang je nach Zustand des Eingangs in statische und dynamische Größen unterteilt werden. Wir können die statischen Eigenschaften des Sensors anhand der Beziehung zwischen Ausgang und Eingang im stationären Zustand jedes Werts ermitteln. Die Hauptindikatoren für die statischen Eigenschaften des Sensors sind Linearität, Hysterese, Wiederholbarkeit, Empfindlichkeit und Genauigkeit. Die dynamischen Eigenschaften des Sensors beziehen sich auf das Reaktionsverhalten der Eingangsgröße über die Zeit. Dynamische Eigenschaften werden üblicherweise durch Übertragungsfunktionen und andere Modelle der automatischen Steuerung beschrieben. In der Regel handelt es sich bei den vom Sensor empfangenen Signalen um schwache Niederfrequenzsignale, und die Amplitude externer Störungen kann manchmal das gemessene Signal übersteigen, sodass die Eliminierung von eingehendem Rauschen zu einer Schlüsseltechnologie des Sensors wird.
Ein physikalischer Sensor ist ein Sensor, der eine physikalische Größe erfasst. Dabei werden bestimmte physikalische Effekte genutzt, um die zu messende physikalische Größe in die Energieform des Signalgeräts umzuwandeln und so eine einfache Verarbeitung zu ermöglichen. Sein Ausgangssignal steht in eindeutiger Beziehung zum Eingangssignal. Die wichtigsten physikalischen Sensoren sind fotoelektrische Sensoren, piezoelektrische Sensoren, piezoresistive Sensoren, elektromagnetische Sensoren, thermoelektrische Sensoren und optische Fasersensoren. Schauen wir uns als Beispiel den häufiger verwendeten fotoelektrischen Sensor an. Dieser Sensortyp wandelt Lichtsignale in elektrische Signale um, er erfasst direkt Strahlungsinformationen von einem Objekt und kann auch andere physikalische Größen in Lichtsignale umwandeln. Das Hauptprinzip ist der photoelektrische Effekt: Wenn Licht auf einen Stoff trifft, verändern sich die elektrischen Wirkungen auf den Stoff, zu denen in diesem Fall Elektronenemission, Leitfähigkeit und potenzieller Strom gehören. Offensichtlich werden Geräte, die solche Effekte leicht erzeugen können, zu den Hauptkomponenten fotoelektrischer Sensoren, wie beispielsweise Fotowiderstände. Auf diese Weise wissen wir, dass der Hauptarbeitsablauf des fotoelektrischen Sensors darin besteht, die entsprechende Lichtstrahlung über Geräte wie Fotowiderstände zu empfangen, um die Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln, und dann durch den Verstärkungs- und Entrauschungsprozess das gewünschte elektrische Ausgangssignal zu erhalten. Hier besteht zwischen dem Ausgangssignal und dem ursprünglichen Lichtsignal eine gewisse Beziehung, die normalerweise einer linearen Beziehung nahe kommt, sodass die Berechnung des ursprünglichen Lichtsignals nicht sehr kompliziert ist. Andere physikalische Sensoren sind analog zu fotoelektrischen Sensoren.
Das Anwendungsspektrum physikalischer Sensoren ist sehr breit. Wir betrachten die Anwendung physikalischer Sensoren nur aus biomedizinischer Sicht, und dann ist es nicht schwer zu spekulieren, dass physikalische Sensoren auch in anderen Aspekten wichtige Anwendungen haben.
Beispielsweise gehört die Blutdruckmessung zu den routinemäßigsten medizinischen Messungen. Bei unseren üblichen Blutdruckmessungen handelt es sich um indirekte Messungen, bei denen der Zusammenhang zwischen Blutfluss und Druck an der Körperoberfläche zur Messung des Blutdrucks in den Venen genutzt wird. Der zur Messung des Blutdrucks verwendete Wandler besteht normalerweise aus einer elastischen Membran, die das Drucksignal in eine Verformung der Membran umwandelt, die dann basierend auf der Dehnung oder Verschiebung der Membran in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. An der Spitze des elektrischen Signals können wir den systolischen Druck erkennen, nach Durchlaufen des Inverters und Spitzendetektors können wir den diastolischen Druck erhalten und über den Integrator können wir den mittleren Druck ermitteln.
Werfen wir einen Blick auf die Respirometrie-Technik. Atemmessungen sind eine wichtige Grundlage für die klinische Diagnose der Lungenfunktion und sowohl bei der Operation als auch bei der Patientenüberwachung unerlässlich. Wenn beispielsweise ein Thermistor--Sensor zur Messung der Atemfrequenz verwendet wird, ist der Widerstand des Sensors an der Außenseite des vorderen Endes eines Clips angebracht, der an die Nase geklemmt wird, und die Atemfrequenz sowie der Zustand der heißen Luft können mit dem Thermistor gemessen werden, wenn der Atemluftstrom über die Oberfläche des Thermistors strömt.
Dann gibt es noch das gebräuchlichste Verfahren zur Messung der Körperoberflächentemperatur, das einfach aussieht, aber über einen komplexen Messmechanismus verfügt. Die Körperoberflächentemperatur wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt, darunter die lokale Durchblutung, die Wärmeleitfähigkeit des darunter liegenden Gewebes und die Wärmeableitung von der Epidermis. Daher berücksichtigt die Messung der Hauttemperatur eine Reihe von Einflüssen. Für die Temperaturmessung werden üblicherweise Sensoren vom Typ Thermoelement verwendet, üblicherweise Stab-Thermoelement-Sensoren und Dünnschicht-Thermoelement-Sensoren. Da die Größe des Thermoelements sehr klein ist, kann die Genauigkeit höher als der Mikrometerbereich sein, sodass die Temperatur an einem bestimmten Punkt genauer gemessen werden kann und in Verbindung mit der späteren statistischen Analyse umfassendere Analyseergebnisse erzielt werden können. Dies ist mit dem traditionellen Quecksilberthermometer nicht zu vergleichen, zeigt aber auch, dass die Anwendung neuer Technologien für die Entwicklung der Wissenschaft weitreichende Perspektiven mit sich bringt.
Aus der obigen Einleitung ist ersichtlich, dass physikalische Sensoren gerade unter biomedizinischen Aspekten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten haben. Die Entwicklungsrichtung von Sensoren sind multifunktionale, bildbasierte und intelligente Sensoren. Sensormessung als wichtiges Mittel zur Datenerfassung, industriellen Produktion und sogar im Familienleben ist ein wesentliches Gerät, und physikalische Sensoren und die häufigste Sensorfamilie, der flexible Einsatz physikalischer Sensoren, werden sicherlich in der Lage sein, mehr Produkte und bessere Vorteile zu schaffen.