Senzori de viteză și accelerație

1.Introducere

Ultimele decenii in evolutia societaţii au cunoscut,fara indoiala mutaţii considerabile calitative si cantitative, rod ale unor spectaculoase evolutii in ramurile de stiinta traditionale dar si ca urmare a aparitiei unor domenii noi care s-au impus in mod firesc prin rezultatele de exceptie care le-au jalonat evolutia.

Am asistat in ultimii ani la o generalizare a automatizarii proceselor de productie, urmare fireasca a integrarii robotilor industriali in procesele de fabricatie, a aparitiei celulelor flexibile de productie, utilizarii robotilor autonomi cu capacitaţi senzoriale sporite, a inlocuirii aproape complete a omului in anumite procese tehnologice ce necesita un efort fizic mare sau condiţii periculoase de munca si a dezvoltarii inteligentei artificiale ca premiza teoretica dar si asociata cu un puternic suport tehnologic. In acest context a aparut “Mecatronica” considerata de unii ca o stiinta aparte dar care de fapt reprezinta un domeniu al cercetarii obtinut prin interferenţa unor domenii tradittionale: Mecanica, Electronica, Calculatoare si Automatica. Astfel, mecatronica a avut si are un impact major intr-o larga varietate de ramuri industriale: industria automobilismului, cea a produselor de larg consum, in industria aparaturii casnice, in biomedicina, robotica si sisteme de control si de telecomunicatii, etc. De asemenea ea a deservit o stiinta extrem de populara in universitati atat sub aspectul ponderii de cercetare stiintifica cat si în ceea ce priveste aspectul educationa

Topica noului domeniu include unele din cele mai diverse: micro si nanotehnologii, senzori, sisteme de actionare, materiale compozite si inteligente, sisteme de conducere, interfete om-masina, structuri evoluate de procesare, sisteme de proiectare integrata, etc.

Aflata la intersectia unor domenii ale stiintei cu performante de varf in implementarea noilor tehnologii, mecatronica abordeaza concepte si sisteme noi in ingineria micro si nano senzorilor si sistemelor de actionare, materiale si compozite pretabile pentru implementari la scara celulara sau atomica, structuri celulare ai retele neuronale, sisteme ce prefigureaza conceptele de nanoelectronica capabile sa produca viitoarele nano-procesoare, noi concepte ale inteligentei artificiale privind adaptibilitatea, capacitatea de a rationa, capacitatea de instruire, noi sisteme de conducere axandu-se in special pe controlul robust, tolerant la defecte, adaptiv, inteligent, sisteme expert si neuro-fuzzy etc.

Un rol aparte il joacă aplicatiile in medicina si biologie prin studiul interactiunii diferitelor sisteme moleculare, dezvoltarea microstructurilor robotice pentru investigare si analiza, precum si proiectarea si implementarea unor sisteme cu structuri complexe conţinand componente ale lumii vii şi lumii artificiale.

Este evident că mecatronica, fie ca domeniu autonom, fie ca o arie de interferenţă extrem de clasice ale stiinţei, acoperă o tematică extrem de vastă şi extrem de actuală prin impactul pe care îl exercită asupra lumii socio-tehnologice.

Sistemele mecatronice presupun perceperea schimbărilor din mediul în care evoluează aplicaţia pentru a putea acţiona corect în vederea atingerii scopului propus.

Culegerea informaţiilor relative la starea sistemului se bazează pe utilizarea senzorilor.În sistemele mecatronice, datorită prezenţei mişcării, trebuie detectate şi sau măsurate proximitatea (contactul, prezenţa), poziţia şi viteza, forta şi presiunea, vibraţia şi acceleraţia. În paragrafele care urmează în acest capitol sunt prezentate şi analizate soluţii constructive pentru diferite tipuri de senzori care permit mşsurarea măimilor de tipul celor enumerate mai sus.

Pentru acţionările electrice se deduc modelele matematice ale unui element cu mişcare de translaţie, pentru micromotoarele de curent continuu şi asincrone şi se discută problemele acţionării, devenită deja clasică, utilizândmotorul pas cu pas.

În cazul acţionărilor fluidice se deduc modelele matematice pentru un actuator hidraulic, pentru electrovalvă şi, în final, pentru bucla de reglare şi acţionare în circuit închis. În funcţie de magnetizare acestor magneţi peliculari de-a lungul axei de simetrie sau perpendiculară pe axa de simetrie, se deduc componentele forţei şi cuplului de acţionare într-un sistem de axe solidar cu pelicula magnetică.

Subsistemul de conducere al unui sistem mecatronic poate fi implementat în moduri diferite în funcţie de performanţele asteptate şi de costurile impuse. Microcontrolerul este definit ca funcţionalitate şi structura generală prin comparaţie cu microprocesoarele şi procesoarele de semnal.Structura detaliată a unui microcontroler este analizată din punct de vedere al sarcinilor şi caracteristicilor componentelor care îl alcătuiesc

Procesele industriale, ca şi multe dintre activităţile sociale actuale nu pot funcţiona fără asigurarea unui acces rapid la o cantitate foarte mare de date. În industrie, sursa primară a acestor date este constituită de senzori şi traductori.

Senzorii asigură datele de intrare pentru toate sistemele electronice de prelucrare. Procesele industriale automate se bazează pe senzori care asigură posibilitatea producţiei fără rebut. Automatizarea creşte importanţa instrumentaţiei de măsurare cum ar fi aceea necesară determinării temperaturii sau stării de ventilaţie a unei incinte, a instrumentaţiei de măsurare a parametrilor mediului, a instrumentaţiei de supraveghere a transportului sau a tuturor aplicaţiilor de interes casnic. Instrumentaţia actuală este direct legată de creşterea eficienţei, utilizării optime a resurselor, conservării mediului în condiţii de concurenţă mondială şi de piaţă deschisă care cer ca orice intreprindere să lucreze în condiţii optime, strict controlate.

Instrumentaţia de măsurare a devenit versatilă şi miniaturizată, mai inteligentă şi –mai nou- virtuală.

Senzorul este definit ca fiind “un dispozitiv care detectează sau măsoară unele condiţii sau proprietăţi şi înregistrează, indică sau uneori răspunde la informaţia primită”. Astfel, senzorii au funcţia de a converti un stimul într-un semnal măsurabil, cuprinzând atât traductorul, care transformă mărimea de intrare în semnal electric util, cât şi circuite pentru adaptarea şi conversia semnalelor, şi eventual pentru prelucrarea şi evaluarea informaţiilor. Stimulii pot fi mecanici, termici, electromagnetici, acustici sau chimici la origine, în timp ce semnalul măsurabil este tipic de natură electrică, deşi pot fi folosite semnale pneumatice, hidraulice, optice sau bioelectrici.

Senzorul este elementul esenţial din componenţa unui instrument. El răspunde la un

stimul produs de o mărime fizică a unui corp, fenomen sau proces prin generarea unui semnal,

de cele mai multe ori un semnal electric, care poate fi evaluat (primeste o valoare) şi afişat.

În locul senzorului poate aparea un alt element înrudit, numit traductor. Acesta

desemnează un element care transformă energia unui stimul într-o alta formă de energie, de

cele mai multe ori energie electrică. Numărul şi varietatea senzorilor şi traductoarelor este

foarte mare şi o împărţire netă este greu de făcut astfel că ambele denumiri sunt de multe ori

utilizate pentru un acelaşi element.

În gestionarea proceselor industriale, deosebit de importante sunt sistemele inteligente de conducere, sisteme ce sunt bazate pe sisteme de calcul integrat sau nu.

Senzorii şi traductoarele elemente esenţiale ale sistemelor de automatizare a dispozitivelor civile şi industriale şi se bazează pe un domeniu larg de principii fizice de operare. De asemenea sunt utilizaţi şi în cazul cercetării, analizelor de laborator - senzorii şi traductoarele fiind incluse în lanţuri de măsurare complexe, care sunt conduse automat.