אוטומציה תעשייתית צומחת מהר יותר ויותר, ותעשייה 4.0 היא המטרה של אוטומציה תעשייתית בשלב זה. לאוטומציה תעשייתית, אמנם כולם שמעו, אבל לא כולם מכירים היטב את האוטומציה התעשייתית. על מנת לשפר את ההבנה שלך באוטומציה תעשייתית, מאמר זה יציג חיישנים, מרכיב חיוני באוטומציה תעשייתית. באמצעות מאמר זה, תבינו כיצד החיישן יהפוך את כל השליטה לאוטומטית יותר.
חיישן (Sensor) הוא מכשיר נפוץ אך חשוב מאוד, הוא התחושה של הוראות הכמויות הנמדדות ועל פי חוקים מסוימים יומר למכשיר אות שימושי או מכשיר. עבור חיישן, ניתן לחלק את הקלט לכמויות סטטיות ודינמיות בהתאם למצב הקלט. אנו יכולים לקבל את המאפיינים הסטטיים של החיישן בהתאם ליחס בין הפלט לקלט במצב היציב של כל ערך. האינדיקטורים העיקריים של המאפיינים הסטטיים של החיישן הם ליניאריות, היסטרזיס, חזרתיות, רגישות ודיוק. המאפיינים הדינמיים של החיישן מתייחסים למאפייני התגובה של כמות הקלט לאורך זמן. מאפיינים דינמיים מתוארים בדרך כלל על ידי פונקציות העברה ודגמים אחרים של בקרה אוטומטית. בדרך כלל, לאותות המתקבלים על ידי החיישן יש אותות-תדרים נמוכים, ומשרעת ההפרעה החיצונית יכולה לפעמים לעלות על האות הנמדד, כך שביטול הרעש הנכנס הופך לטכנולוגיית חיישן מפתח.
חיישן פיזי הוא חיישן שמזהה כמות פיזית. זה השימוש באפקטים פיזיים מסוימים, הכמות הפיזית שיש למדוד בצורת האנרגיה של התקן האותות לעיבוד קל. לאות המוצא שלו יש קשר מוגדר עם אות הקלט. החיישנים הפיזיים העיקריים הם חיישנים פוטו-אלקטריים, חיישנים פיזואלקטריים, חיישנים פייזוריסטיים, חיישנים אלקטרומגנטיים, חיישנים תרמו-אלקטריים וחיישני סיבים אופטיים. כדוגמה, בואו נסתכל על החיישן הפוטואלקטרי הנפוץ יותר. סוג זה של חיישן ממיר אותות אור לאותות חשמליים, הוא מזהה ישירות מידע קרינה מעצם, והוא יכול גם להמיר כמויות פיזיות אחרות לאותות אור. העיקרון העיקרי הוא האפקט הפוטואלקטרי: כאשר אור פוגע בחומר, ההשפעות החשמליות על החומר משתנות, שבמקרה זה כוללות פליטת אלקטרונים, מוליכות וזרם פוטנציאלי. ברור שמכשירים שיכולים לייצר אפקטים כאלה בקלות הופכים למרכיבים העיקריים של חיישנים פוטו-אלקטריים, כגון נגדי פוטו. בדרך זו, אנו יודעים שזרימת העבודה העיקרית של החיישן הפוטואלקטרי היא לקבל את קרינת האור המתאימה, דרך מכשירים כמו פוטו נגדי להמרת אנרגיית האור לאנרגיה חשמלית, ולאחר מכן באמצעות תהליך ההגברה וההסרה של -רעש, מתקבל האות החשמלי הפלט הרצוי. כאן לאות הפלט ואות האור המקורי יש קשר מסוים, בדרך כלל קרוב לקשר ליניארי, כך שהחישוב של אות האור המקורי אינו מסובך במיוחד. חיישנים פיזיים אחרים דומים לחיישנים פוטואלקטריים.
מגוון היישומים של חיישנים פיזיים הוא רחב מאוד, אנחנו מסתכלים רק על נקודת המבט הביו-רפואית כדי לראות את היישום של חיישנים פיזיים, ואז לא קשה לשער שגם לחיישנים פיזיים בהיבטים אחרים יש יישומים חשובים.
לדוגמה, מדידת לחץ דם היא אחת המדידות הרפואיות השגרתיות ביותר. מדידות לחץ הדם הרגילות שלנו הן מדידות עקיפות, כאשר הקשר בין זרימת הדם ללחץ המתגלה על ידי פני הגוף משמש למדידת לחץ הדם בוורידים. המתמר המשמש למדידת לחץ דם מורכב בדרך כלל מסרעפת אלסטית, אשר ממירה את אות הלחץ לעיוות של הסרעפת, אשר מומרת לאחר מכן לאות חשמלי המבוסס על המתח או העקירה של הסרעפת. בשיא האות החשמלי נוכל לזהות את הלחץ הסיסטולי, לאחר מעבר דרך המהפך וגלאי השיא נוכל לקבל את הלחץ הדיאסטולי, ודרך האינטגרטור נוכל לקבל את הלחץ הממוצע.
בואו נסתכל על טכניקת הנשימה. מדידות נשימתיות מהוות בסיס חשוב לאבחון קליני של תפקודי ריאות והן חיוניות הן בניתוח והן במעקב אחר המטופל. לדוגמה, בעת שימוש בחיישן מסוג תרמיסטור- המשמש למדידת קצב נשימה, הנגד של החיישן מותקן בצד החיצוני של הקצה הקדמי של תפס, אשר מהודק לאף, ואת קצב הנשימה, כמו גם את מצב האוויר החם, ניתן למדוד על ידי התרמיסטור כאשר זרימת האוויר הנשימתית של זרימת האוויר זורמת על פני השטח.
לאחר מכן ישנו התהליך הנפוץ ביותר של מדידת טמפרטורת פני הגוף, שנראה קל אך בעל מנגנון מדידה מורכב. טמפרטורת פני הגוף נקבעת על ידי מספר גורמים, כולל זרימת דם מקומית, מוליכות תרמית של הרקמות הבסיסיות ופיזור חום מהאפידרמיס, ולכן מדידת טמפרטורת העור לוקחת בחשבון מספר השפעות. חיישנים מסוג צמד תרמי משמשים לרוב למדידת טמפרטורה, בדרך כלל חיישני צמד תרמי מוט וחיישני צמד תרמי סרט דק. מכיוון שגודל הצמד התרמי קטן מאוד, הדיוק יכול להיות גבוה יותר מרמת המיקרון, כך שיכול להיות מדויק יותר למדוד את הטמפרטורה בנקודה מסוימת, יחד עם ניתוח מאוחר יותר של סטטיסטיקה, יכול להפיק תוצאות ניתוח מקיפות יותר. זהו מדחום כספית מסורתי לא ניתן להשוות, אבל גם מדגים את היישום של טכנולוגיות חדשות לפיתוח המדע מביא סיכויים רחבים.
מההקדמה לעיל ניתן לראות, רק בהיבטים הביו-רפואיים, לחיישנים פיזיים יש מגוון יישומים. כיוון הפיתוח של חיישנים הוא חיישנים רב-תכליתיים, מבוססי תמונה-וחכמים. מדידת חיישנים כאמצעי חשוב לרכישת נתונים, ייצור תעשייתי ואפילו חיי משפחה היא מכשיר חיוני, וחיישנים פיזיים ומשפחת החיישנים הנפוצה ביותר, שימוש גמיש בחיישנים פיזיים בהחלט יוכל ליצור יותר מוצרים, יתרונות טובים יותר.