Pramoninė automatizacija auga vis sparčiau, o Pramonė 4.0 yra pramonės automatizavimo tikslas šiame etape. Pramoninei automatikai, nors visi yra girdėję, tačiau ne visi yra gerai susipažinę su pramonine automatika. Siekiant pagerinti jūsų supratimą apie pramoninę automatiką, šiame straipsnyje bus pristatyti jutikliai, esminė pramoninės automatikos sudedamoji dalis. Iš šio straipsnio jūs suprasite, kaip jutiklis turi padaryti visą valdymą labiau automatizuotą.
Jutiklis (Sensor) yra dažnas, bet labai svarbus prietaisas, tai matuojamų dydžių nuostatų pajautimas ir pagal tam tikrus dėsnius bus paverstas naudingu signaliniu įrenginiu ar įrenginiu. Jutiklio įvestį galima suskirstyti į statinius ir dinaminius dydžius pagal įvesties būseną. Statines jutiklio charakteristikas galime gauti pagal išvesties ir įvesties ryšį kiekvienos vertės pastovioje būsenoje. Pagrindiniai jutiklio statinių charakteristikų rodikliai yra tiesiškumas, histerezė, pakartojamumas, jautrumas ir tikslumas. Jutiklio dinaminės charakteristikos reiškia įvesties kiekio atsako charakteristikas laikui bėgant. Dinaminės charakteristikos dažniausiai apibūdinamos perdavimo funkcijomis ir kitais automatinio valdymo modeliais. Paprastai jutiklio gaunami signalai turi silpnus žemo -dažnio signalus, o išorinių trukdžių amplitudė kartais gali viršyti išmatuotą signalą, todėl įeinančio triukšmo pašalinimas tampa pagrindine jutiklio technologija.
Fizinis jutiklis yra jutiklis, kuris aptinka fizinį dydį. Tai tam tikrų fizinių efektų naudojimas, fizinis dydis, kuris turi būti matuojamas į signalo įrenginio energijos formą, kad būtų lengva apdoroti. Jo išvesties signalas turi tam tikrą ryšį su įvesties signalu. Pagrindiniai fiziniai jutikliai yra fotoelektriniai jutikliai, pjezoelektriniai jutikliai, pjezorezistiniai jutikliai, elektromagnetiniai jutikliai, termoelektriniai jutikliai ir optinio pluošto jutikliai. Kaip pavyzdį pažvelkime į dažniausiai naudojamą fotoelektrinį jutiklį. Šio tipo jutikliai šviesos signalus paverčia elektriniais signalais, tiesiogiai aptinka objekto spinduliuotės informaciją, taip pat gali paversti kitus fizinius dydžius šviesos signalais. Pagrindinis principas yra fotoelektrinis efektas: kai šviesa patenka į medžiagą, pakinta elektrinis poveikis medžiagai, kuris šiuo atveju apima elektronų emisiją, laidumą ir potencialią srovę. Akivaizdu, kad įrenginiai, galintys lengvai sukurti tokius efektus, tampa pagrindiniais fotoelektrinių jutiklių komponentais, pavyzdžiui, fotorezistoriais. Tokiu būdu žinome, kad pagrindinė fotoelektrinio jutiklio darbo eiga yra gauti atitinkamą šviesos švitinimą per įrenginius, tokius kaip fotorezistoriai, kad šviesos energija būtų paversta elektros energija, o tada stiprinimo ir{8}}triukšmo šalinimo proceso metu gaunamas norimas išvesties elektrinis signalas. Čia išvesties signalas ir pradinis šviesos signalas turi tam tikrą ryšį, paprastai artimą tiesiniam ryšiui, todėl pradinio šviesos signalo apskaičiavimas nėra labai sudėtingas. Kiti fiziniai jutikliai yra analogiški fotoelektriniams jutikliams.
Fizinių jutiklių pritaikymo spektras yra labai platus, mes žiūrime tik iš biomedicinos pusės, kad pamatytume fizinių jutiklių pritaikymą, tada nesunku spėti, kad fiziniai jutikliai kitais aspektais taip pat turi svarbių pritaikymų.
Pavyzdžiui, kraujospūdžio matavimas yra vienas iš įprastų medicininių matavimų. Mūsų įprasti kraujospūdžio matavimai yra netiesioginiai matavimai, kai kraujospūdžiui venose matuoti naudojamas ryšys tarp kraujo tėkmės ir kūno paviršiaus aptinkamo slėgio. Kraujospūdžiui matuoti naudojamas keitiklis paprastai susideda iš elastinės diafragmos, kuri slėgio signalą paverčia diafragmos deformacija, kuri vėliau paverčiama elektriniu signalu, pagrįstu diafragmos įtempimu arba poslinkiu. Elektrinio signalo piko metu galime aptikti sistolinį slėgį, praėję pro inverterių ir piko detektorių galime gauti diastolinį slėgį, o per integratorių – vidutinį.
Pažvelkime į respirometrijos techniką. Kvėpavimo matavimai yra svarbus klinikinės plaučių funkcijos diagnozės pagrindas ir yra būtini tiek atliekant operaciją, tiek stebint pacientą. Pavyzdžiui, naudojant termistoriaus -tipo jutiklį, naudojamą kvėpavimo dažniui matuoti, jutiklio rezistorius montuojamas ant priekinio spaustuko galo, pritvirtinto prie nosies, išorėje, o kvėpavimo dažnį, taip pat karšto oro būseną, galima išmatuoti termistoriaus pagalba, kai kvėpavimo oro srautas teka termistoriaus paviršiumi.
Tada yra labiausiai paplitęs kūno paviršiaus temperatūros matavimo procesas, kuris atrodo lengvas, bet turi sudėtingą matavimo mechanizmą. Kūno paviršiaus temperatūrą lemia daugybė veiksnių, įskaitant vietinę kraujotaką, apatinių audinių šilumos laidumą ir šilumos išsiskyrimą iš epidermio, todėl matuojant odos temperatūrą atsižvelgiama į daugybę įtakų. Temperatūros matavimui dažniau naudojami termoporos tipo jutikliai, dažniausiai strypiniai termoporos davikliai ir plonasluoksniai termoporos davikliai. Kadangi termoporos dydis yra labai mažas, tikslumas gali būti didesnis nei mikronų lygis, todėl gali būti tiksliau matuoti temperatūrą tam tikrame taške, kartu su vėlesne statistikos analize, galima gauti išsamesnius analizės rezultatus. Tai yra tradicinis gyvsidabrio termometras negali būti lyginamas, bet taip pat rodo, kad naujų technologijų taikymas mokslo plėtrai suteikia plačias perspektyvas.
Iš pirmiau pateikto įvado galima pastebėti, kad fiziniai jutikliai gali būti naudojami įvairiais biomedicininiais aspektais. Jutiklių kūrimo kryptis yra daugiafunkciniai, vaizdo{1}}pagrįsti ir išmanieji jutikliai. Jutiklių matavimas kaip svarbi duomenų gavimo, pramoninės gamybos ir net šeimos gyvenimo priemonė yra esminis prietaisas, o fiziniai jutikliai ir labiausiai paplitusi jutiklių šeima, lanksčiai naudojant fizinius jutiklius tikrai bus galima sukurti daugiau produktų, geresnės naudos.