Teollisuusautomaatio kasvaa yhä nopeammin ja Teollisuus 4.0 on teollisuusautomaation tavoite tässä vaiheessa. Teollisuusautomaatioon, vaikka kaikki ovat kuulleet, mutta kaikki eivät tunne teollisuusautomaatiota kovinkaan hyvin. Tässä artikkelissa esitellään antureita, jotka ovat teollisuusautomaation olennainen osa, parantaaksemme ymmärrystäsi teollisuusautomaatiosta. Tämän artikkelin avulla ymmärrät, kuinka anturi tekee kaikesta ohjauksesta automatisoidumpaa.
Anturi (Sensor) on yleinen, mutta erittäin tärkeä laite, se on mittaussuureiden säännösten tunne ja se muunnetaan tiettyjen lakien mukaan hyödylliseksi signaalilaitteeksi tai -laitteeksi. Anturille tulo voidaan jakaa staattisiin ja dynaamisiin suureisiin tulon tilan mukaan. Voimme saada anturin staattiset ominaisuudet lähdön ja tulon välisen suhteen mukaan kunkin arvon vakaassa tilassa. Anturin staattisten ominaisuuksien tärkeimmät indikaattorit ovat lineaarisuus, hystereesi, toistettavuus, herkkyys ja tarkkuus. Anturin dynaamiset ominaisuudet viittaavat syöttösuureen vasteominaisuuksiin ajan kuluessa. Dynaamiset ominaisuudet kuvataan yleensä siirtofunktioilla ja muilla automaattisen ohjauksen malleilla. Yleensä anturin vastaanottamilla signaaleilla on heikkoja matalataajuisia signaaleja, ja ulkoisten häiriöiden amplitudi voi joskus ylittää mitatun signaalin, joten tulevan kohinan poistamisesta tulee keskeinen anturitekniikka.
Fyysinen anturi on anturi, joka havaitsee fyysisen suuren. Se on tiettyjen fyysisten vaikutusten, fyysisen suuren, joka mitataan signaalilaitteen energiamuotoon, käyttöä käsittelyn helpottamiseksi. Sen lähtösignaalilla on selvä suhde tulosignaaliin. Tärkeimmät fyysiset anturit ovat valosähköiset anturit, pietsosähköiset anturit, pietsoresistiiviset anturit, sähkömagneettiset anturit, lämpösähköiset anturit ja valokuituanturit. Katsotaanpa esimerkkinä yleisemmin käytettyä valosähköistä anturia. Tämäntyyppinen anturi muuntaa valosignaalit sähköisiksi signaaleiksi, se havaitsee suoraan kohteen säteilytiedot ja se voi muuntaa myös muita fyysisiä suureita valosignaaleiksi. Pääperiaate on valosähköinen vaikutus: kun valo osuu aineeseen, aineeseen kohdistuvat sähköiset vaikutukset muuttuvat, joihin tässä tapauksessa kuuluvat elektroniemissio, johtavuus ja potentiaalivirta. On selvää, että laitteista, jotka voivat helposti tuottaa tällaisia efektejä, tulee valosähköisten antureiden pääkomponentteja, kuten valovastuksia. Tällä tavalla tiedämme, että valosähköisen anturin pääasiallinen työnkulku on vastaanottaa vastaava valosäteily laitteiden, kuten valovastusten, kautta valoenergian muuntamiseksi sähköenergiaksi, ja sitten vahvistus- ja -kohinanpoistoprosessin kautta saadaan haluttu sähköinen lähtösignaali. Tässä lähtösignaalilla ja alkuperäisellä valosignaalilla on tietty suhde, yleensä lähellä lineaarista suhdetta, joten alkuperäisen valosignaalin laskenta ei ole kovin monimutkaista. Muut fyysiset anturit ovat analogisia valosähköisten antureiden kanssa.
Fyysisten antureiden sovellusalue on erittäin laaja, katsomme vain biolääketieteellisestä näkökulmasta nähdäksemme fyysisten antureiden sovelluksen, ja sitten ei ole vaikea spekuloida, että fyysisillä antureilla on myös muissa asioissa tärkeitä sovelluksia.
Esimerkiksi verenpaineen mittaus on yksi rutiininomaisimmista lääketieteellisistä mittauksista. Tavalliset verenpainemittauksemme ovat epäsuoria mittauksia, joissa verenvirtauksen ja kehon pinnan havaitseman paineen välistä suhdetta käytetään verenpaineen mittaamiseen suonissa. Verenpaineen mittaamiseen käytettävä anturi koostuu yleensä elastisesta kalvosta, joka muuntaa painesignaalin kalvon muodonmuutokseksi, joka muunnetaan sitten sähköiseksi signaaliksi kalvon venymän tai siirtymän perusteella. Sähköisen signaalin huipulla voimme havaita systolisen paineen, invertterin ja huipputunnistimen läpi kulkemisen jälkeen saamme diastolisen paineen ja integraattorin kautta keskipaineen.
Katsotaanpa respirometriatekniikkaa. Hengitysmittaukset ovat tärkeä perusta keuhkojen toiminnan kliiniselle diagnoosille ja ovat välttämättömiä sekä leikkauksessa että potilaan seurannassa. Esimerkiksi käytettäessä termistori-tyyppistä anturia, jota käytetään hengitystiheyden mittaamiseen, anturin vastus asennetaan nenään kiinnitetyn pidikkeen etupään ulkopuolelle, ja termistori voi mitata hengitystiheyttä sekä kuuman ilman tilaa, kun hengitysilmavirta virtaa termistorin pinnan yli.
Sitten on yleisin kehon pintalämpötilan mittausprosessi, joka näyttää helpolta, mutta jolla on monimutkainen mittausmekanismi. Kehon pintalämpötila määräytyy useiden tekijöiden mukaan, mukaan lukien paikallinen verenvirtaus, alla olevien kudosten lämmönjohtavuus ja orvaskeden lämmön poistuminen, joten ihon lämpötilan mittaamisessa otetaan huomioon useita tekijöitä. Lämpötilan mittaamiseen käytetään yleisemmin lämpöparityyppisiä antureita, yleensä sauvatermopariantureita ja ohutkalvotermopariantureita. Koska lämpöparin koko on hyvin pieni, tarkkuus voi olla suurempi kuin mikronitaso, joten lämpötilan mittaaminen tietyssä pisteessä voi olla tarkempaa, yhdistettynä myöhempään tilastoanalyysiin, voi tuottaa kattavampia analyysituloksia. Tämä on perinteinen elohopealämpömittari ei voi verrata, mutta osoittaa myös uuden teknologian soveltaminen tieteen kehittämiseen tuo laajat näkymät.
Yllä olevasta johdannosta voidaan nähdä, vain biolääketieteen näkökohdista, fysikaalisilla antureilla on useita sovelluksia. Antureiden kehityssuunta on monitoimiset, kuva{1}}pohjaiset ja älykkäät anturit. Anturimittaus tärkeänä tiedonhankinnan, teollisen tuotannon ja jopa perhe-elämän välineenä on olennainen laite, ja fyysiset anturit ja yleisin anturiperhe, fyysisten antureiden joustavalla käytöllä pystytään varmasti luomaan lisää tuotteita, parempia hyötyjä.