Детекторы оптического излучения

Магниточувствительные датчики

Эти выключатели применяются для осуществления контроля положения. Датчики срабатывают при приближении магнита, который расположен на движущейся части механизма. Такие устройства обладают расширенным температурным диапазоном (от -60 до +125 градусов по Цельсию). Подобная функциональность позволяет автоматизировать большое количество сложных производственных процессов.

Бесконтактный датчик температуры магниточувствительного типа применяют:

— на химических и металлургических производствах;

— в районах Крайнего Севера;

— на подвижном составе;

— в холодильных установках;

— на автокранах;

— в бульдозерах;

— в снегоуборочных машинах и т. д.

Свое применение они находят в охранных системах зданий, а также для автоматического открывания окон и входных дверей.

Самыми современными и быстродействующими являются магниточувствительные датчики, работающие на эффекте Холла. Они не подвержены механическому износу, так как обладают электронным выходным ключом. Ресурс таких датчиков практически неограничен. В связи с этим их применение является выгодным и практичным решением задач по измерению числа оборотов вала, фиксации расположения быстро движущихся объектов и т. д.

При измерении уровня жидкостей широко применяют поплавковые магниточувствительные датчики. Они являются оптимальным вариантом для определения необходимых показателей из-за недорогой цены и простоты конструкции.

Емкостные датчики

В основе этих приборов находится измерение электроконденсаторов. В их диэлектрике и находится тот объект, который подлежит регистрации. Назначение бесконтактных датчиков такого типа заключается в работе со множеством приложений. Это, например, распознавание жестов. Емкостными выпускают автомобильные датчики дождя. Такие приборы дистанционно измеряют уровень жидкости в процессе обработки различных материалов и т. д.

Емкостной бесконтактный датчик представляет собой аналоговую систему, работающую на расстоянии до семидесяти сантиметров. В отличие от других типов подобных приборов, он обладает большей точностью и чувствительностью. Ведь изменение в нем емкости происходит всего лишь в несколько пикофарад.

Схема бесконтактного датчика данного типа включает в себя пластины, состоящие из проводящей печатной платы, а также зарядку. В этом случае происходит формирование конденсатора. Причем это будет происходить в любое время либо в проводящем заземленном элементе, либо в каком-то объекте, диэлектрическая проницаемость которого отлична от воздуха. Такой прибор сработает и в случае появления в зоне действия устройства человека или части его тела, которая будет аналогична потенциалу земли. По мере приближения, например, пальца, изменится емкость конденсатора. И даже учитывая то, что система является нелинейной, обнаружить возникший в просматриваемых границах посторонний объект для нее не составит никакого труда.

Схема подключения такого бесконтактного датчика может быть усложнена. В устройстве могут быть задействованы сразу несколько независимых друг от друга элементов в направлениях влево/вправо, а также вниз/вверх. Это позволит расширить возможности прибора.

Сенсорные выключатели

Развивающиеся технологии затронули практически все сферы жизнедеятельности человека. Не обошли они стороной и вопросы обустройства дома. Одним из ярких примеров тому является сенсорный выключатель. Это устройство позволяет управлять освещением помещения с помощью легкого прикосновения.

Сенсорный выключатель сразу же срабатывает даже при самом слабом прикосновении к кнопке. В его конструкцию входит три основных элемента. Среди них:

  1. Блок управления, обрабатывающий поступивший сигнал и передающий его нужным элементам.
  2. Устройство коммутации. Эта деталь смыкает и размыкает цепь, а также изменяет силу тока, потребляемую светильником.
  3. Управляющая (сенсорная) панель. С помощью этой детали выключатель воспринимает сигналы с пульта ДУ или от касания. Самые современные устройства срабатывают при проведении рядом с ними рукой.

Стандартные модели могут:

— включать и выключать свет;

— регулировать яркость;

— контролировать работу отопительных приборов, сообщая об изменениях температуры;

— открывать и закрывать жалюзи;

— включать и выключать бытовые устройства.

Сенсорные выключатели производят различных видов. Конкретная модель выбирается в зависимости от потребностей офиса или жилого дома. Например, желание приобрести и установить сенсорное устройство может возникнуть из-за расположения стационарного выключателя в неудобном месте с невозможностью его переноса. А может, в доме или в квартире живет человек, подвижность которого ограничена. Порой стационарные выключатели находятся на такой высоте, что недоступны для детей. Решение проблемы потребует выбора определенной модели. Некоторые хозяева предпочитают устанавливать сенсорные выключатели для изменения яркости света не вставая с кровати и т. д.

Микроволновые датчики

Подобная разновидность бесконтактных выключателей является наиболее универсальным вариантом конструкции, чего позволяет добиться непрерывное сканирование обслуживаемой зоны. При этом стоит иметь в виду, что они находятся в более высокой ценовой категории, чем, например, ультразвуковые аналоги.

Функционирование подобного прибора происходит благодаря излучению электромагнитных волн, имеющих высокую частоту, значение которой несколько отличается в устройствах различных производителей. Микроволновые датчики настроены на сканирование и приемку отраженных волн. Это позволяет аппарату фиксировать даже самые малейшие изменения электромагнитного фона. Если это происходит, то сразу же срабатывает система оповещения, подключенная к датчику, в виде сигнализации, освещения и т. д.

Микроволновые приборы обладают повышенной точностью срабатывания и чувствительностью. Для них не являются преградами кирпичные стены, двери и предметы мебели. Данный факт следует учесть при установке системы. Уровень чувствительности прибора может быть изменен с помощью настройки датчика движения.

Применяют микроволновые выключатели для управления внутренним и наружным освещением, устройствами сигнализации, электроприборами и т. д.

Пирометрические датчики

Для организма любого живого существа характерно наличие теплового излучения, которое является пучком электромагнитных волн разной длины. При повышении температуры тела увеличивается и объем излучаемой им энергии.

На основе фиксации теплового излучения работают датчики, которые называются пирометрическими сенсорами. Они бывают:

— суммарного излучения, измеряющими полную тепловую энергию тела;

— частичного излучения, измеряющие энергию ограниченного приемником участка;

— спектрального отношения, выдающие показатель отношения энергии определенных участков спектра.

Бесконтактные датчики-сенсоры чаще всего применяются в приборах, фиксирующих движение объектов.

Ультразвуковые датчики

Эти устройства находят свое широкое применение в самых различных сферах производства, решая множество задач по автоматизации технологических циклов. Ультразвуковые бесконтактные датчики используются для определения местонахождения и удаленности различных объектов.

Например, они служат для обнаружения этикеток, причем даже и прозрачных, для измерения расстояния и осуществления контроля над передвижением объекта. С их помощью определяют уровень жидкости. Необходимость в этом возникает, например, для учета расхода топлива при выполнении транспортных работ. И это только некоторые из большого количества применений выключателей ультразвукового типа.

Такие датчики довольно компактны. Их отличает качественная конструкция и отсутствие различных подвижных деталей. Это оборудование не боится загрязнений, что достаточно актуально в условиях производств, а также почти не требует обслуживания.

В составе ультразвукового датчика находится пьезоэлектрический обогреватель, являющийся одновременно и излучателем, и приемником. Данная конструктивная деталь воспроизводит поток звуковых импульсов, принимая его и преобразуя полученный сигнал в напряжение. Далее оно подается на контроллер, который производит обработку данных и вычисляет то расстояние, на котором находится объект. Подобная технология называется эхолокационной.

Активный диапазон ультразвукового датчика является рабочим диапазоном обнаружения

Это то расстояние, в пределах которого ультразвуковой прибор может «увидеть» объект, и неважно, приближается ли тот к чувствительному элементу в осевом направлении или движется поперек звукового конуса

В зависимости от принципа работы выделяют ультразвуковые датчики:

  1. Положения. Такие устройства используют для исчисления временного промежутка, необходимого для прохождения звука от прибора к тому или иному объекту и назад. Бесконтактные ультразвуковые датчики положения применяют для контроля местоположения и наличия разнообразных механизмов, а также для их подсчета. Используются такие приборы и в качестве сигнализатора уровня различных жидкостей или сыпучих материалов.
  2. Расстояния и перемещения. Принцип работы подобных приборов аналогичен тому, который используется в описанном выше устройстве. Разница имеется только в типе того сигнала, который присутствует на выходе. Он аналоговый, а не дискретный. Датчики подобного типа применяются для преобразования имеющихся показателей расстояния до объекта в определенные электрические сигналы.

Комплексные детекторные системы

В зависимости от назначения и использования детекторов, внедряются целевые комплексные системы, которые при необходимости могут обмениваться информацией с общегородским системами управления транспортом . Среди наиболее распространенных комплексных систем известны такие:

а) автоматизированная система фотофиксации нарушений скоростного режима (рис. 8.8). Данная система создается для обеспечения контроля за дорожной ситуацией путем не только измерения, но и фотографирования нарушения для предъявления нарушителю;

Рисунок 8.8 — Система фотофиксации нарушений швидкисногорежиму

б) автоматизированная система контроля оплаты проезда. Интеграция такой системы в систему управления дорожным движением позволяет использовать систему социальных пластиковых карт при оплате проезда в наземном пассажирском транспорте и автоматизировать взаиморасчеты между администрацией и перевозчиком. Система предоставляет возможность персонифицированного учета перевезенных льготников и уменьшить дотации из бюджета за счет повышения качества учета перевезенных льготников;

в) система массогабаритных комплексов. Система предназначена для определения превышения допустимых пределах массы автотранспорта, определение превышения габаритов автотранспорта, распознавания регистрационного знака автотранспорта и автоматизации процесса учета;

г) автоматические дорожные метеостанции. На магистралях иногда можно увидеть высокие мачты, на которых установлена бочка, (вариант — металлическая коробка), флюгера, антенны и объективы. Это автоматическая метеостанция (рис. 8.9). Она собирает информацию о погодных условиях и состоянии дорожного покрытия в районе установки. Например, информацию о наличии на асфальте так называемого «черного льда», который на трассе может привести к очень тяжелым последствиям. Список измеряемых параметров достигает трех десятков позиций.

Метеостанции периодически передают информацию о погодных условиях в виде текстового или XML-файла заинтересованным сторонам, например, в автоматизированные системы управления дорожным движением. Погодная информация может повлиять на введение определенных скоростных ограничений, а также на запуск специфических управляющих сценариев в зоне «катаклизма».

д) система экологического мониторинга. Комплект аппаратуры детекторов химического загрязнения РЕ2007 обеспечивает сбор информации для определения концентраций выбросов загрязняющих веществ в контролируемой зоне.

е) система контроля и управления доступом (СКУД). Это совокупность технических средств для обеспечения контроля доступа всех категорий посетителей к определенным помещениям (зон) на охраняемом объекте, путем

Рисунок 8.9 — Автоматическая дорожная метеостанция

сбора, обработки, передачи, изображения в заданном виде информации от специальных устройств. СКУД предназначены для контроля доступа на объекты, находящиеся под охраной и предотвращения несанкционированного проникновения, въезда / выезда автотранспорта на территорию объекта.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ выявления утечки речевой информации через волоконно-оптические коммуникации выделенных помещений, приводящий к несанкционированной передаче речевой информации, заключающийся в том, что производится регистрация с демодуляцией на акустических частотах параметров оптического излучения, проходящего через элементы волоконно-оптических коммуникаций, и определяется утечка речевой информации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется разделение регистрируемого оптического излучения на излучение, которое относится к световым потокам для передачи данных в кабельной системе, и/или на излучение, которое не относится к световым потокам для передачи данных в кабельной системе и имеет искусственное и/или естественное происхождение от внешних и/или внутренних источников.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется спектральное разложение или сканирование регистрируемого оптического излучения и выделяются излучения на оптических длинах волн, на которых существует наиболее эффективная акустическая модуляция параметров оптического излучения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при осуществлении демодуляция оптического излучения электрический сигнал анализируется на частотах, смещенных в ультразвуковую область акустического спектра, который несет или может нести конфиденциальную акустическую информацию и/или модулирован звуковым сигналом.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется регистрация световых потоков, проходящих через элементы волоконно-оптических коммуникаций в прямом и/или обратном направлении распространения.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется демодуляция световых потоков в волоконно-оптических коммуникациях по амплитуде, и/или фазе, и/или поляризации, и/или частоте и выявляются колебания на акустических частотах.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют спектральный анализ акустических колебаний демодулированного светового потока, выделяя характерные спектральные составляющие для речи, звуков.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется анализ акустических колебаний демодулированного светового потока по интегральному уровню звукового сигнала.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется анализ акустических колебаний демодулированного светового потока по артикуляционному методу прослушиванием выделенного сигнала оператором.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется регистрация оптического излучения через волоконно-оптический трансивер активного оборудования сети, такого как медиаконвертор, адаптер, концентратор, маршрутизатор.

11. Устройство выявления утечки речевой информации через волоконно-оптические коммуникации выделенных помещений, приводящей к несанкционированной передаче речевой информации, состоящее из приспособления подключения к волоконно-оптическому каналу и элемента обработки оптического сигнала, после которого оптический сигнал поступает на фотоприемник с усилителем, демодулятором и элемент анализа электрического сигнала.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что приспособление подключения к волоконно-оптическому каналу выполнено в виде приспособления по выводу/вводу оптического излучения в волокно на его изгибе, или на разъемных соединениях, или волоконно-оптическом ответвителе, или механическом сращивании или сварке волокон.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что элемент обработки оптического сигнала включает спектральный фильтр и/или демультиплексор.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что элемент обработки оптического сигнала включает анализатор поляризации излучения.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что элемент обработки оптического сигнала включает волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо, и/или Маха-Цендера, и/или Майкельсона, и/или Саньяка и/или одноволоконный многомодовый.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что элемент анализа электрического сигнала включает интегрирующий элемент на акустических частотах, и/или селективный усилитель на акустических частотах с регулируемой полосой пропускания, и/или спектроанализатор сигнала на акустических частотах.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что устройство обнаружения подслушивающих устройств через волоконно-оптические элементы структурированных кабельных систем интегрируется в активное оборудование сети.

18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что электрический демодулированный сигнал оцифровывается и для его анализа используются вычислительные ресурсы информационной системы.

Потенциометр популярный компонент датчика

Наиболее часто используемым компонентом для всех «датчиков положения», как правило, является потенциометр. Приоритет использования потенциометра очевиден, так как конструкция является недорогим и удобным для применения в датчиках положения.

Потенциометр имеет скользящий контакт, связанный механически с валом. Конструкция контактного движения допустима как угловая (вращательная), так и линейная (ползунковая).

Главное требование — вызвать изменение значения сопротивления между контактами ползуна и двумя концевыми соединениями.

Таким способом формируется электрический сигнал, имеющий пропорциональное соотношение между фактическим состоянием ползуна резистивной дорожки потенциометра и значением сопротивления потенциометра. Другими словами – значение сопротивления пропорционально положению.

Структурная схема прибора по принципу потенциометра: 1 – ползунок потенциометра; 2 – кондуктивный или резистивный трек; 3, 7 – питание «плюс»; 4 – выходной сигнал; 5 – угловое перемещение вала; 6, 8 – питание «минус»; 9 – линейный выход

Потенциометры поставляются в широком диапазоне конструкций и размеров. Широко распространены круглые и длинные, плоские линейные потенциометры.

При использовании в качестве датчика положения, подвижный объект подключается непосредственно к вращающемуся валу или ползунку потенциометра.

Опорное напряжение постоянного тока подается через два внешних неподвижных соединения, образующих резистивный элемент. Сигнал выходного напряжения берётся от клеммы скользящего контакта, как показано ниже.

Такая конфигурация создаёт выходное напряжение (делитель напряжения), пропорциональное положению вала. Например, на резистивный элемент потенциометра подаётся напряжение 10 вольт.

Тогда на скользящем контакте максимальное выходное напряжение будет равно напряжению питания 10 вольт, а минимальное выходное напряжение, соответственно, 0 вольт.

Если ползунок потенциометра установить в центральной точке полного пути прохождения, на выходе, соответственно, получится половина питающего напряжения, то есть — 5 вольт.

Пример простой позиционной измерительной цепи:

1 – сенсор; 2 – питание «плюс»; 3, 4 – выходной усиленный сигнал; R1, R2, R3, R4 – электронные компоненты схемы усилителя; ОУ – операционный усилитель

Преимущества и недостатки датчиков-потенциометров

Резистивные датчики положения по типу потенциометра имеют массу преимуществ:

  • низкая цена,
  • экономичная технология,
  • простота использования и т. д.,

Однако датчикам положения присущи также много недостатков:

  • износ движущихся частей,
  • невысокая степень точности,
  • слабая повторяемость,
  • ограниченная частотная характеристика.

Главным недостатком считается использование потенциометра в качестве позиционного датчика.

Диапазон перемещения ползунка в этом случае (следовательно, получение выходного сигнала) ограничивается физическим размером используемого потенциометра.

Например, однооборотный поворотный потенциометр обычно имеет фиксированное механическое вращение в диапазоне 0º — 240º, максимум — 330º.

Тем не менее, доступны к применению многооборотные потенциометры с диапазоном вплоть до 3600º (10×360º) механического вращения.

Большинство типов потенциометров используют углеродную пленку под формирование резистивной дорожки. Но такой тип часто проявляет дефект электрических шумов (к примеру, регулятор громкости радиосигнала). Механический ресурс таких резисторов ограничен.

Сенсоры на основе проволочных реостатов

Другой тип — проволочные реостаты, изготовленные по форме проводника с прямой проволокой, либо в образе катушки, намотанной спиралью. Однако проволочные реостаты обладают проблемой, связанной с переходом по сегментам проволоки.

Это сопровождается логарифмическим результатом по выходу, что приводит к искажению выходного сигнала. Также проволочные реостаты дают электрические помехи.

Для высокоточных малошумных применений в настоящее время доступны потенциометры на основе полимерного сопротивления.

Такие конструкции имеют гладкую электрическую линейную резиновую дорожку с низким коэффициентом трения.

Конструкция дорожки обеспечивает:

  • низкий уровень шума,
  • длительный срок службы,
  • хорошее свойство дискретности.

Подобная технология доступна как для многооборотных, так и для однооборотных устройств. Типичное применение этого типа высокоточного датчика положения:

  • джойстик компьютерных игр,
  • рулевые колёса,
  • промышленные и роботизированные разработки.

Индуктивные датчики

В основе работы данного прибора лежит принцип учета изменений индуктивности основных его составляющих – катушки и сердечника. Отсюда пошло и само название такого датчика.

Изменения индукции свидетельствуют о том, что в магнитном поле катушки появился металлический предмет, который изменил его и, соответственно, всю схему подключения, основная функция в которой возложена на компаратор. При этом происходит подача сигнала на реле и отключение электрического тока.

Исходя из этого можно говорить об основном предназначении такого прибора. Его используют для измерения перемещений части оборудования, которое должно быть отключено, если превышены пределы проходимости. Сами датчики имеют границы движения, варьируемые в пределах от одного микрона до двадцати миллиметров. В связи с этим такой прибор называют еще и индуктивным выключателем положения.

Обзор бесконтактных датчиков подобного типа позволяет выделить из них несколько разновидностей. Подобная классификация основана на различном количестве проводов подключения:

  1. Двухпроводные. Такие индуктивные датчики подключают непосредственно в цепь. Это наиболее простой, но при этом достаточно капризный вариант. Он требует номинального сопротивления нагрузке. При снижении или увеличении данного показателя работа прибора становится некорректной.
  2. Трехпроводные. Подобный вид индукционного датчика является самым распространенным. В таких схемах два провода следует подключить к напряжению, а один – непосредственно к нагрузке.
  3. Четырех- и пятипроводные. В этих датчиках два провода подключают к нагрузке, а пятый используют для возможности выбора необходимого режима работы.
Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...
Добавить комментарий