I en datadriven miljö, där automatisering och AI/ML (artificiell intelligens/maskininlärning) -system är front och mitt i automatiserade system, spelar givare den mest avgörande och typiskt osynliga rollen.
De överbryggar viken mellan den fysiska världen och de erforderliga digitala tolkningarna som sådana system måste arbeta med. De tolkar och presenterar fysiska och miljömässiga egenskaper och fakta som systeminterpreterbara data som kan analyseras på ett tillförlitligt sätt, övervakas och användas i total eller lokal systemkontroll. Bristande givare, automatiserade system - industriell automatisering till vårdövervakning och konsumentelektronik - är blinda för evenemang och kan inte använda någon form av kontroll.
Ett djupt dyk i vetenskapen hos givare undersöker nödvändigtvis hur de omvandlar den fysiska världen till användbara data, granskar de vanligare typerna, illustrerar deras arbetsprinciper och exemplifierar applikationer för tydlighet.
Vad är en givare?
I sin kärna är en givare en enhet som omvandlar energi mellan olika former. För datainsamling och mätning omvandlar givare fysiska mängder som temperatur, tryck, ljus, ljud och rörelse till elektriska signaler. - Digitala system kan bearbeta, spela in och analysera dem. Sådana system kräver korrekt, repeterbar virtuell kunskap om verkliga förändringar.
Givarens roll är att vara gränssnittet mellan den verkliga och föränderliga världen och det automatiserade analystystemet, som övervakar, analyserar och svarar på de förändringar som upptäcks av dessa enheter. Som ett allmänt känt exempel är en mikrofon en givare som omvandlar förändringar i lufttryck (akustiska vågor, mekanisk energi) till en analog elektrisk signal. Den omvandlar energin i snabbt oscillerande lufttryck till en elektrisk signal som kan registreras och analyseras och appliceras på efterföljande processer.
Sensorerär kärnan i de flesta applikationer, från miljöavkänning och industriell processkontroll till medicinsk diagnostik och konsumentelektronik, från flygkontroll till spolning av toaletter. Deras förmåga att omvandla fysiska förändringar till tillförlitliga, kvantifierbara data har gjort dem till en hörnsten i ökningen av teknik och automatisering.
Hur givare omvandlar fysiska ingångar till elektriska signaler
Att förstå givarnas arbetsprinciper kräver viss förståelse för hur de omvandlar fysiska fenomen till elektriska resultat - både digitala och analoga:
Många givare förlitar sig på förändringar i resistens för att omvandla fysiska ingångar till elektriska signaler. Exempel inkluderar stammätare, som mäter förändringar i motstånd på grund av mekanisk deformation (sträckning eller sammandragning); Termistorer, som genomgår förutsägbara resistensförändringar som är proportionella mot temperaturen; och bimetalliska remsor som genomgår fysiska förändringar proportionella mot temperaturen.
Induktiva givare fungerar genom att upptäcka förändringar i induktiv koppling, när en ledare rör sig inom ett magnetfält. LVDT: er använder denna princip för att mäta förskjutning, där långa induktiva sensorer kan använda sinusvågsband som en induktionskälla och mäta cykliska förändringar som kan tolkas genom pulsräkning plus partiell pulsdetektering.
Kapacitiva givare mäter förändringar i kapacitans, vilket kan uppstå när avståndet mellan två ledande plattor varierar med förskjutning. Denna princip används ofta i tryck- och förskjutningssensorer, vilket ger en analog mätning som kan användas direkt eller omvandlas med hjälp av en analog till digital (ATOD) omvandlare.
Piezoelektriska givare genererar en elektrisk laddning när mekanisk stress appliceras. Detta är idealiskt för applikationer där vibrationer, tryck eller ljudvågor måste detekteras när signalfrekvensen är relativt hög och de involverade förskjutningarna är små. Piezo -givare kan vara extremt känsliga och är vanliga för vetenskapliga instrument och ljud/vibrationsmätningar av hög precision.
Termoelement förlitar sig på den termoelektriska effekten, där en spänning genereras på grund av temperaturskillnader mellan två olika metalltrådsledare, där korsningen ger en exakt placerad detekteringspunkt.
Framtiden för givare
När teknisk utveckling fortskrider har givare ökat stadigt i komplexitet, precision och delikatess. Det är rimligt att förvänta sig att de kommer att bli ännu mer exakta, mindre och energieffektiva och öka i mångfald av upptäckter.
Internet of Things (IoT), bärbara enheter och smart tillverkning driver efterfrågan på mer avancerade, mindre och mer pålitliga givartekniker. Framsteg inom MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) -teknik leder också till utvecklingen av nya klasser av miniatyriserade givare som kan integreras i allt mindre och lägre kraftbärbara enheter.
Användningen av trådlösa givare, vilket eliminerar behovet av fysiska anslutningar mellan sensorn och databehandlingssystemet är särskilt användbart i avlägsna eller farliga miljöer där trådbundna anslutningar kan vara opraktiska. De tillgängliga alternativen i detta område fortsätter att expandera.
Slutsats
Givare är centrum i många teknikområden och omvandlar den komplexa och dynamiska fysiska världen till tillförlitliga, handlingsbara data. Konvertera fysiska mängder som tryck, temperatur, ljus, vibration, magnetfält, föroreningsnivåer och rörelse till elektriska signaler, givare möjliggör övervakning, kontroll och automatisering av processer i alla sektorer. Givarens möjligheter och tekniker kommer sannolikt inte att minska, eftersom teknologier blir mer exakta och mer integrerade i social och kommersiell verksamhet.
Att förstå de underliggande principerna och metoderna i tillämpningar av givare är en viktig färdighet för alla som är involverade i teknik, tillverkning, sjukvård och elektronik. Att förstå och tolka den verkliga världen är det främsta problemet i alla automatiseringsapplikationer och detta kunskapsområde fortsätter att expandera och öka användbarheten.