Spis treści:
Různé senzory jsou dnes nedílnou součástí téměř všech elektronických zařízení – stojí za to znát nejdůležitější typy a rozsah jejich použití.
Začněme základními informacemi
Senzor – podle nejobecnější definice součástka nebo modul, který je schopen přijmout určitý fyzikální nebo chemický impulz a převést jej na užitečný výstupní signál, který lze následně měřit, interpretovat nebo zpracovat a získat tak informace o vlastnostech (např. intenzitě) tohoto impulsu. Samotný výstupní signál – v případě senzorů používaných v elektronice – je buď “aktivní” (napětí nebo proud), nebo “pasivní” (impulz ovlivňuje odpor, indukčnost nebo kapacitu senzoru a měření této změny vyžaduje dodávku energie systémem pracujícím se senzorem).
Základní typy senzorů
Na základě citované definice můžeme snadno přejít ke stručnému popisu nejdůležitějších parametrů snímačů – důležité je, že všechny tyto parametry platí pro naprostou většinu senzorických prvků.
Základní vlastností každého senzoru je samozřejmě fyzická velikost, na kterou naše součástka reaguje. Na výběr je nespočet parametrů – teplota, vlhkost, rychlost otáčení, lineární zrychlení, intenzita světla a jeho barva, vzdálenost od překážky, koncentrace plynů a jiných chemických látek, pH roztoků, tlak, tah a mechanické napětí, proudění kapalin a plynů, intenzita proudu a magnetického pole a mnoho a mnoho dalších – a každý z nich lze obvykle měřit alespoň několika různými způsoby.
Senzory - metrologické parametry
Již jsme se zmínili, že úkolem senzoru je převést jednu fyzikální veličinu na jinou, kterou lze více či méně pohodlně měřit elektronickým obvodem. Není proto těžké pochopit, že jednou z nejdůležitějších vlastností senzoru bude jeho citlivost – tedy parametr, který určuje, jak silná bude odezva senzoru na danou změnu měřeného parametru.
Například porovnání dvou analogových teplotních čidelmůžeme pro každý z nich určit, jaká změna napětí (nebo odporu) odpovídá nárůstu nebo poklesu teploty například o 1 oC. Taková informace však bude spíše neúplná – protože je ještě nutné určit, v jakém teplotním rozsahu může senzor pracovat (např. -40…+150 °C). oC) a do jaké míry je jeho odezva úměrná změnám měřeného parametru. Čím více se přechodové charakteristiky snímače blíží přímce (lineární funkci), tím lépe – i když je třeba říci, že jen málo snímačů skutečně reaguje úměrně testovanému podnětu, což vyžaduje použití vhodných analogových nebo digitálních technik, tzv. linearizace.
I když daný snímač skutečně vykazuje lineární charakteristiky, stále potřebujeme znát jeho přesnost – tj. maximální chybu měření, se kterou je třeba za daných podmínek počítat (v jednotlivých intervalech měřicího rozsahu nebo v celém rozsahu). U chemických senzorů je důležitým parametrem také selektivita. Elektrochemické senzory (a jiné) totiž obvykle nereagují na jednu, ale na několik různých sloučenin (např. plynů) a selektivita je právě měřítkem toho, jak je daný prvek odolný vůči “rušení” (falšování) výsledku měření, způsobenému přítomností jiných chemických sloučenin, než které nás nejvíce zajímají.
Senzory parametrů prostředí
Je nemožné popsat – byť jen zhruba – všechny nejdůležitější typy senzorů (Stačí, že v Botland jich nabízíme více než 1 200 a tento počet neustále roste!), proto se zaměříme na vybrané příklady ze dvou oblastí použití.
Senzory prostředí jsou širokou kategorií zahrnující všechny senzory schopné sledovat veličiny charakterizující povětrnostní podmínky nebo mikroklima v interiéru.
Do této skupiny tedy patří všechny druhy snímačů teploty (termistorytermorezistory, odporové teploměry, termočlánky, integrované snímače), vlhkost, atmosférický tlaka také snímače osvětlení nebo specializované UV senzory. V posledních letech našly různé moduly určené k testování kvality ovzduší také mnoho praktických aplikací, ať už jde o detekci pevných částic (PM10, PM2,5 a PM1,0) nebo o detekci specifických plynů (např. toxických nebo hořlavých organických sloučenin). Meteorologické stanice zahrnují také srážkové senzory a moduly pro měření směru a rychlosti větru.
Senzory pro automatizaci a robotiku
Mechatronické a automatizační aplikace již vyžadují poněkud odlišnou sadu snímačů, ačkoli některé z dříve uvedených komponent jsou nezbytné i ve specifických technologických odvětvích (např. snímače teploty a vlhkosti se běžně používají v automatizaci budov k řízení vytápění, větrání nebo klimatizačních zařízení).
Například mobilní a robotické roboty by nemohly existovat bez enkodérů, tj. přesných snímačů rychlosti a směru otáčení.
Naproti tomu balanční roboti se navíc spoléhají na údaje z akcelerometrů a gyroskopů (tj. tzv. inerciálních senzorů), což jim umožňuje udržovat vertikální polohu bez ohledu na nerovnosti terénu a aktuální řídicí parametry trajektorie jejich pohybu. Stejné senzory využívají i drony, i když v tomto případě se ukazuje, že je nutné použít také magnetometry a snímače vzdálenosti (např. laserové dálkoměry LIDAR) i barometrické senzory, umožňující průběžnou kontrolu výšky letu vzhledem k terénu.
Mobilní roboty jsou také často vybaveny ultrazvukovými dálkoměry, reflexními senzory(např. pro detekci blízkých překážek nebo detekci značení na zemi), senzory proudu (pro sledování stavu hnacích motorů) a mnoho, mnoho dalších. Mechatronika je koneckonců technickým oborem, který nejvíce pohání vývoj senzorických technologií – vždyť právě senzorické technologie poskytují moderním robotům obdobu našich biologických smyslů, které nám umožňují orientovat se v okolním světě.
