センサーは電子情報機器製造業界の基幹製品であり、新規電子部品の中でも優先的に開発される特殊部品です。センサー業界は、有望なハイテク分野として国内外で広く認識されており、その高度な技術内容、大きな経済利益、広範な市場浸透度、広範な市場展望により世界的な注目を集めています。-電子情報産業市場の急成長により、中国のセンサー部門は強固な産業基盤を確立しました。技術革新、自主的な研究開発、成果の商品化、競争力において大きな進歩が見られ、国家経済の発展に大きく貢献しています。
情報時代の到来により、センサーは人間が自然領域と産業領域の両方から情報を取得するための主要な手段になりました。現代の工業生産では、-特に自動化されたプロセス-のさまざまなセンサーが主要なパラメータを監視および制御して、機器を最適な動作条件内に維持し、製品の品質を確保します。センサーは基礎科学研究においてさらに重要な位置を占めています。
現在、センサーは工業生産、宇宙探査、海洋学、環境保護、資源調査、医療診断、生物工学、さらには文化遺産の保存など、非常に幅広い分野に浸透しています。明らかに、経済発展と社会の進歩におけるセンサー技術の重要な役割は否定できません。統計によると、世界のスマートセンサー市場の年間収益は年間10%の割合で成長すると予測されています。現在、プロセッサを搭載したセンサー デバイスは世界中で 6,500 万台あり、その数は 2019 年までに 2 兆 8,000 億台に達すると予測されています。
センサー選択の重要な考慮事項
センサーの知識は電気工学の重要な分野を構成しており、習得するには広範な経験が必要です。今後の議論でこれについてさらに検討していきます。今日は主に選択基準に焦点を当てます。
1. 測定対象と出力要件に基づいてタイプを決定します
特定の測定タスクを実行するには、適切なセンサー原理を選択することが最初に考慮されます。この決定には複数の要因を分析する必要があります。たとえば、流量計には電磁式、渦流式、超音波式などがあります。適切な流量計を選択するには、特定の目的をターゲットにする必要があります。さらに、2 線式または 4 線式電流信号 (0 ～ 20mA、4 ～ 20mA)、0 ～ 10V 電圧信号、通信プロトコルなど、必要な出力モード-を考慮してください。
2. 感度による選択
通常、センサーの線形範囲内では、感度が高い方が好まれます。高感度の場合にのみ、出力信号は測定量の変化に大きく対応し、信号処理が容易になります。ただし、感度が高いと測定量とは関係のない外部ノイズの影響を受けやすくなりますのでご注意ください。このノイズはシステムによって増幅され、測定精度が損なわれる可能性があります。したがって、外部ソースからの干渉を最小限に抑えるために、センサー自体は高い信号対ノイズ比を備えている必要があります。--
センサーの感度には指向性があります。高い方向性が要求される一方向ベクトルを測定する場合は、他の方向では感度が低いセンサーを選択してください。多次元ベクトルの場合は、センサーの交差感度を最小限に抑えます。-。
3. 周波数応答特性の評価
センサーの周波数応答によって測定可能な周波数範囲が決まります。この範囲は、許容範囲内で歪みのない状態を維持する必要があります。{0}}実際には、センサーの応答には常にある程度の遅延が見られますが、理想的には最小限に抑えられます。より高い周波数応答により、より広い測定可能な信号周波数が可能になります。動的測定の場合、過剰な誤差を防ぐために、応答特性が信号の特性 (定常状態、過渡状態、ランダムなど) と一致している必要があります。
4. センサーの安定性に基づく
長期間にわたって一貫したパフォーマンスを維持するセンサーの能力は、安定性と呼ばれます。長期安定性に影響を与える要因には、センサーの内部構造だけでなく、主に動作環境も含まれます。-したがって、良好な安定性を確保するには、センサーが強力な環境適応性を備えている必要があります。センサーを選択する前に、想定される動作環境を調査してください。特定の条件に基づいて適切なセンサーを選択するか、環境への影響を最小限に抑えるための対策を講じます。
5. 射程距離と精度: バランスをとるのが最も難しいペア
精度はセンサーにとって重要な性能指標であり、システム全体の測定精度を決定する重要なリンクとして機能します。ただし、センサーの精度はその範囲によって制限されます。一般に、範囲が広いほど精度は低くなります。逆に、高精度センサーには十分な範囲が不足していることが多く、高精度で広い範囲のセンサーは非常に高価になります。-したがって、センサーを選択する際にはバランスの取れたアプローチが必要です。
サンプリング センサーを選択するときは、デバイスがアプリケーションの基本的な動作条件を満たしていることを確認してください (メーカーのデータシートを参照)。
最も重要な 6 つの動作条件は次のとおりです。
1) 温度範囲;
2) 仕様。
3) 保護等級。
4) 電圧範囲。
5) ディスクリートまたはアナログ出力。
6) パラメータの変動、具体的には「調整可能なパラメータが有益であるかどうか」。
IO{0}}Link 構成機能を備えたセンサーを検討する場合は、さらに 6 つの要素に注意する必要があります。
1) 応答速度。
2) 感知範囲;
3) 再現性。
4) 電気的接続。
5) 取り付けタイプ;
6) 視覚的表示: アプリケーションがセンサー上の視覚的なインジケーターを必要とするかどうか。
現代の工業生産、特に自動化されたプロセスでは、製造全体を通じてさまざまなセンサーがパラメーターを監視および制御します。これにより、最高の製品品質を達成しながら、機器が正常または最適に動作することが保証されます。したがって、幅広い高品質センサーがなければ、現代の生産には基盤が欠けてしまいます。-以下では、製造現場で最も一般的ないくつかのセンサーの種類と、アプリケーションのヒントや洞察について詳しく説明します。
最も一般的なセンサーの種類
近接センサー
近接センサーは、物理的接触なしに近くの領域にある物体の存在を検出します。これらのセンサーは個別の出力デバイスです。通常、磁気近接センサーは、アクチュエーター内にある磁石を感知することで、アクチュエーターが特定の位置に到達したかどうかを検出します。
ある会社からアクチュエーターを購入し、別の会社から磁気近接センサーを購入することは、一般的にお勧めできません。センサーのメーカーは X、Y、Z アクチュエーターとの互換性を主張しているかもしれませんが、磁石や取り付け位置の違いによりセンシングの問題が発生する可能性があります。たとえば、磁石の位置がずれている場合や、完全に通電できない場合にセンサーが通電する場合があります。アクチュエータのメーカーが適合する近接センサーを提供している場合は、それを選択することをお勧めします。
トランジスタ{0}}ベースの近接センサーには可動部品がないため、耐用年数が長くなります。リード-ベースの近接センサーは機械的接触を利用しているため、トランジスタ タイプに比べて寿命は短くなりますが、コストは低くなります。リード センサーは、AC 電源と高温環境を必要とするアプリケーションに最適です。-
位置センサー
位置センサーは、アクチュエーター上の磁石の位置に基づいてアクチュエーターの位置を示すアナログ出力を備えています。制御の観点から見ると、位置センサーは大きな柔軟性を提供します。制御エンジニアは、コンポーネントのバリエーションに合わせて一連の設定値を定義できます。
これらの位置センサーは磁石 (近接センサーなど) に依存しているため、センサーとアクチュエーターの両方を可能な限り同じメーカーから調達することをお勧めします。 IO- リンク機能により、位置センサーからのデータ取得が可能になり、制御が簡素化され、パラメータ化が容易になります。
誘導センサー
誘導型近接センサーは、ファラデーの誘導の法則を利用して、物体の存在を検出したり、位置出力をシミュレートしたりします。誘導センサーを選択する際の最も重要な要素は、センサーが検出する金属の種類を決定し、それによって検出距離を確立することです。鉄金属と比較して、非鉄金属は検出範囲を 50% 以上短縮します。-センサーメーカーの製品マニュアルには、サンプルの選択に必要な情報が記載されています。
圧力および真空センサー
圧力センサーまたは真空センサーがインチ (psi) 単位とメートル (bar) 単位の両方の測定範囲を満たしていることを確認します。割り当てられたスペースに最適なフォーム ファクターを指定します。機器の設置中に、オペレータの利便性を考慮して、センサーに表示灯や表示画面を含めるかどうかを検討してください。設定を迅速に調整するには、IO-Link を備えた圧力センサーと真空センサーを検討してください。
フローセンサー
圧力センサーや真空センサーと同様に、流量センサーは流量範囲、サイズ、設定値の変動に基づいて選択できます。センサーの注文時に表示オプションを指定できます。比較的低い流量のフローセンサーは、特定のゾーンまたは装置アプリケーション全体に選択できます。
光学センサー
最も一般的な光学センサーは、光電散乱型、反射型、および透過ビーム型です。{0}}レーザー センサーと光ファイバー センシング デバイスも光センサーのカテゴリに分類されます。
ほとんどの光電センサーは、光を反射したりビームを遮断したりすることで物体を検出します。これらのセンサーは、低コスト、多用途性、高い信頼性により、製造現場で最も広く使用されています。拡散反射型光電センサーには反射板は必要ありません。{2}近くの物体の存在を検出する際に優れたコストパフォーマンスを発揮します。-
スルービーム光電センサーは、最長の検出距離を提供します。{0}これらのセンサーは、送信機と受信機を 2 つの別々のポイントに設置します。ガレージドアの安全センサーはビームセンサーの例です。ビームが遮断されると、ターゲットの存在が示されます。スロット-タイプの光電センサーは、興味深い透過ビームの変形です。-送信機と受信機を単一のコンパクトなユニットに統合します。スロット-タイプの光センサーは、小さな部品の有無を検出するために使用されます。
反射型光電センサーは、中距離の存在検出用のセンサーと反射板を備えています。{0}}精度とコストの点で、これらのセンサーは拡散ビーム タイプと透過ビーム タイプの中間に位置します。-
光ファイバーセンサーは、存在感知と距離感知に使用されます。これらの多用途センサーのパラメーターを調整して、さまざまな色、背景、距離範囲を検出できます。
レーザー センサーは長距離の存在検出に使用でき、-短距離測定アプリケーションでは最高の精度を提供します。-
ビジョンセンサーは、バーコードの読み取り、計数、形状検証などのタスクに適しています。これらは、カメラ システムが法外に高価または複雑になるビジョン アプリケーションにとって、費用対効果の高いソリューションとなります。-ビジョンセンサーはバーコードを読み取り、個々のコンポーネントを追跡し、それらのコンポーネントに合わせたプロセスを実行します。センサーは、部品に存在するフィーチャの数を確認できます。視覚センサーは、指定された曲線またはその他の形状が達成されているかどうかを判断できます。これらのセンサーは光を処理するため、{6}}周囲光と背景の反射率に関して-、実際の動作環境にできるだけ近い条件でテストすることが重要です。ほとんどのアプリケーションでは、ビジョン センサーを外部光源から隔離するために筐体内に配置することをお勧めします。センサーのテスト中にビジョン センサーのメーカーに支援を求めることをお勧めします。さらに、適切なフィールドバスを選択することを忘れないでください。
信号コンバータは、センサーからのアナログ出力信号をコンバータ上でデジタル信号に変換します。もう 1 つのオプションは、IO- リンク プロセス データへの変換です。
その他のセンサー
1. 磁気スイッチ:シリンダセンサの専門用語で、主にシリンダのピストンの位置を検出するために使用されます。通常、シリンダーのサプライヤーは、顧客の使用シナリオに合わせて調整されたこれらのセンサーを提供します。磁気スイッチはその名のとおり、電磁誘導によって対象物を検出するため、検出精度が比較的低くなります。
2. 近接スイッチ:電磁誘導原理に基づいて設計された近接スイッチは金属ターゲットのみを検出でき、金属の種類に応じて検出距離が若干異なります。近接スイッチの一般的な検出範囲には、1mm、2mm、4mm、8mm、12mm などがあります。近接スイッチには通常、フラッシュ マウント型と非フラッシュ マウント型の 2 つのタイプがあります。-フラッシュマウント スイッチとは、センシング ヘッドが周囲の金属ターゲットを検出せず、その真正面のターゲットのみを検出することを意味します。言い換えれば、センサーの検出ヘッドを金属製の取り付けブラケットから突き出す必要はありません。非-フラッシュ-取り付けタイプは、正面-に面した金属ターゲットと円周方向の金属ターゲットの両方を検出します。このとき、誤検出を防ぐため、センサヘッドは金属製の取付金具から突出しており、周囲の一定範囲内に金属物が存在しないようにする必要があります。近接スイッチは磁気スイッチに比べて検出精度が高くなります。これらは通常、製品の存在や治具の位置の確認など、比較的低い位置精度を必要とするアプリケーションで使用されます。
3. 光電スイッチ:光電検出には、高精度、迅速な応答、非接触操作などの利点があります。{0}}複数のパラメータを測定でき、シンプルなセンサー構造を特徴とし、柔軟な構成を提供します。その結果、光電センサーは検出および制御システムに広く適用されています。一般的なタイプには、反射型光電センサー、- ビーム光電センサー、反射板を利用して光ビームを反射するセンサーが含まれます。後者 2 種類は対象物からの光を遮断して検出し、前者は対象物からの反射光を感知して検出します。したがって、後者の 2 つは通常、より長い検出範囲とより高い精度を提供します。光電センサーは検出精度が高いため、製品やロボットのワークピースの正確な位置決めに使用されるほか、ステッパーやサーボ機構のフィードバック システムにもよく使用されます。
4. 光ファイバーセンサー:光ファイバーセンサーも光電信号変換を利用した検出素子の一種です。光電スイッチと比較すると、通常、より小さな物体を検出でき、より長距離で動作し、より高い精度を実現できます。したがって、光ファイバーセンサーは、より高い精度が必要な用途や、ステッパーやサーボシステムの位置決めフィードバックデバイスとして一般的に使用されています。
5. 光電センサー:光電センサーも光電信号を利用します。検出エリアが広いため、エリアセンサーとも呼ばれます。その主な用途は、特に人体保護システムにおける機器間のインターロックおよび安全機能にあります。
6. 熱電対:熱電対は主に周囲の周囲温度を検出するために使用されます。
7. レーザースキャナ:レーザー スキャナは主に、対象物の寸法輪郭を正確に測定するために機能します。
8. 産業用カメラ:工学分野では CCD (電荷結合素子) カメラとも呼ばれる産業用カメラは、主に対象物の形状と位置を検出するために使用されます。 CCD 技術の進歩により、高解像度の産業用カメラが精密測定分野に応用できるようになりました。-
9. エンコーダー:エンコーダは動作原理に基づいてインクリメンタルタイプとアブソリュートタイプに分類されます。インクリメンタル エンコーダは変位を周期的な電気信号に変換し、その後カウント パルスに変換します。変位量はパルス数で表されます。アブソリュートエンコーダの各位置は、一意のデジタルコードに対応します。したがって、表示される値は、中間プロセスではなく、測定の開始位置と終了位置のみに依存します。エンコーダは通常、ステッピング モーターまたはサーボ モーターと組み合わせて、閉ループまたは半閉ループ制御システムを形成します。-
10.マイクロスイッチ:マイクロ スイッチは、主に機器の相互接続や機械の安全ガード ドアの状態の検出に使用される接触型センサーです。{0}