Senzori brzine

UVOD

Ako su aktuatori, onda su senzori “čula” svakog mehatroničkog sistema. Svaki mehatronički sistem obavezno uključuje senzorski, upravljačku i aktuatorsku jedinicu. U takvom sistemu, senzorska jedinica ima zadatak da informiše kontrolnu jedinicu o tome šta se trenutno događa u sistemu. Na osnovu tih informacija i željenog ponašanja sistema kontrolna jedinica daje zadatke aktuatorskoj jedinici o tome koje aktivnosti je potrebno preduzeti tako da bi stvarno ponašanje sistema bilo što bliže (ili ako je moguće indentično) željenom ponašanju.
Prema tome, senzori su uređaji koji na osnovu promene fizikalnih veličina na ulazu (temperatura, kretanje, sila, pritisak, itd) proizvode srazmerne izlazne signale (električne, mehaničke, itd). Ako se signali definišu kao materijalni nosioci informacije raznih fizikalnih veličina, onda se senzori mogu definisati kao pretvarači jednog oblika signala (energije) u drugi oblik. Ovo pretvaranje je uvek na niskom energetskom nivou, tj. na informacionom nivou. Zato se termini pretvarač i senzor često koriste kao sinonimi. Tako na primer, temperaturni senzor termopar na promenu temperature na ulazu odgovarasrazmernoj promeni električnog napona na izlazu. Ovo pretvaranje se može shvatiti u smislu merenja, jer je izlazna veličina u stvari mera ulazne veličine-merene veličine.
Postoji mnogo načina na koji se može realizovati senzor neke fizičke veličine. Na primer, za merenje ugla zaokretanja možemo koristiti ili potenciometar ili optički enkoder. Koji od njih koristiti to zavisi od konkretnog sistema gde se senzor koristi i od uslova eksploatacije sistema i senzora. Ako je u pitanju ugao zaokretanja leptira karburatora onda je lakše koristiti potenciometar zbog uslova eksploatacije motora i mogućnosti ugradnje, a ako je u pitanju merenje ugla zaokretanja stola glodalice onda je zbog zaokretanja koja su veća od 360º povoljnije koristiti enkoder. To je razlog što se za merenje iste fizičke veličine koriste različite vrste senzora, odnosno različiti principi pretvaranja jedne fizičke veličine u drugu. Priroda je ne presušan izvor ideja i principa na kojima su stvoreni savršeni senzori.

1. FIZIKALNI OSNOVI MERENJA BRZINE I UBRZANJA

Translatorna i ugaona brzina u savremenoj tehničkoj praksi mere se u širokom opsegu: translatorna brzina 0-15000 m/s, a ugaona 0-20000 rad/s. Pomoću pogodnog prenosnog mehanizma translatorna brzina se obično pretvara u ugaonu. Zato će se posebna pažnja u narednom tekstu posvetiti senzorima ugaone brzine – tahometrima. Jedinica za merenje translatorne brzine je m/s, ugaone rad/s, a jedinica za merenje frekvencije okretaja je   .
Ubrzanje je ne ophodan parametar u sistemima upravljanja kretanjem centra mase pokretnih objekata (aviona, raketa, brodova, podmornica, brzih vozova i dr.) i u sistemima inercijalne navigacije. Senzori za merenje ubrzanja nazivaju se akcelerometri. Jedinica translatornog ubrzanja je m/s , a ugaonog rad/s . Ubrzanje se često izražava i pomoću ubrzanja sile Zemljine teže (g=9.81 m/s ).
Klasifikacija tahometra vrši se prema: tipu konverzije energije u primarnom elementu senzora, načinu primene i metodi merenja. Prema tipu konverzije razlikuju se: mehanički, magnetni, elektromehanički i stroboskopski tahometri. Mehanički tahometri imaju samo mehaničke pretvaračke elemente (centrifugalni, frikcioni, vremenski, hidraulički i pneumatski tahometri). Glavni element magnetnih tahometara je indukcioni pretvarač. Elektromehanički tahometri u svojim mernim kolima sadrže elektromehaničke pretvarače (tahometarski generatori, tahometri sa brojanjem impulsa). Stroboskopski tahometri rade na principu stroboskopskog efekta.
Po načinu primene razlikuju se stacionarni i prenosivi tahometri. Stacionarni tahometri trajno su postavljeni na osovinu objekta, a prenosivi (ručni) priključuju se na osovinu povremeno. Prema metodi merenja tahometri se dele na kontaktne i bez kontaktne.
Klasifikacija akcelerometara u klasičnom obliku je iskustvena i obično se provodi prema konstruktivnim osobinama akcelerometra (način pomeranja i način vešanja mase), prema tipu izlaznog signala (komtinualni, diskretni), prema tipu veze između merenog ubrzanja i izlaznog signala (prosti i integrirajući), prema načinu konverzije ubrzanja u izlazni signal (direktni i kompenzacioni) itd. Najčešće se klasifikacija vrši prema odnosu vlastite frekvencije akcelerometra i opsega frekventnog spektra merenog ubrzanja