Post on 02-Mar-2020
1
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
1
tip okus voh sluh vid
govor gib
SPOMIN
SPREJEM OBDELAVA INFORMACIJ IZDAJA
OKOLICA
ČLOVEK
Pretok informacij pri človeku
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
2
Pretok informacij pri krmilju
OBDELAVASIGNALOV
PROGRAM,ŽELENE VREDNOSTI,
MEJNE VREDNOSTI itd.
D1
D2
D3
O1
O2
I1
I3
I2
S1
S2
S3
T1
T2
Q1
Q2
MERITEV IZDAJAUKAZOV
Legenda:
I1, I2, I3 - fizikalne veličine na vhoduQ1, Q2 - fizikalni veličini na izhoduD1, D2, D3 - dajalniki vhodnih signalov - SENZORJIO1, O2 - dajalnika izhodnih signalov - AKTUATORJIS1, S2, S3 - vhodni signaliT1, T2 - izhodna signala
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
senzor
fizikalna veličina (npr. t, p, F, x...)
vhodna enota
u, i
CPU BUS
proces krmilnik
Slika 4.1: Blokovna shema zajemanja informacij preko senzorjev
2
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
4
Območje: minimalne in maksimalne vrednosti, ki jih lahko
merimo
Resolucija: najmanjša še zaznavna sprememba merjene
količine
Pogrešek: razlika med izmerjeno in dejansko vrednostjo
Natančnost: mera maksimalnega predvidenega pogreška.
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
5
Senzorji
Senzorji
Digitalni senzorji Analogni senzorji
Enobitni senzorji Večbitni senzorji
• Kontaktni dajalniki položaja
• Induktivna in kapacitivna približevalna stikala
• Fotoelektrični senzorji
• Ultrazvočni senzorji
• Merilniki položaja • Analogni merilniki temperature
• Merilniki položaja
• Merilniki hitrosti in pospeška
• Merilniki tlaka
• Merilniki sile
Tabela 4.1: Primeri senzorjev
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
6
Diskretni dajalniki -Binarni dajalniki položaja
Dajalniki končnega položajaKontaktni dajalniki končnega položaja
Nekatere izvedbe končnih stikal
Pnevmatsko stikalo
3
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
7
Dajalniki končnega položajaBrezkontaktni dajalniki končnega položaja
Induktivno približevalno stikalo (SIEMENS, serija 3RG4, LED zasveti ob aktiviranju stikala) in karakteristika vklopa in izklopa v
odvisnosti od oddaljenosti merjenca
Diskretni dajalniki -Binarni dajalniki položaja
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
8
Dajalniki končnega položajaBrezkontaktni dajalniki končnega položaja
Sestava kapacitivnega približevalnega stikala
Diskretni dajalniki -Binarni dajalniki položaja
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
9
Oblika signala
4
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
10
Dajalniki končnega položajaBrezkontaktni dajalniki končnega položaja
Slika 4.6: Direktno (levo) in odbojno (desno) zajemanje svetlobe
Vpliv polarizirajočih filtrov na odhodni in dohodni žarek pri odboju od odbojnika (levo) in bleščečega predmeta (desno)
O S
O
SSO
Diskretni dajalniki -Binarni dajalniki položaja
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
11
Fotovoltaika
Hitri, vendar izhodna napetost ni linearno odvisna od intenzitete svetlobe.
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
12
Fotovoltaika
5
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
13
Merjenje kota zasuka: nostavno merjenje
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
14
Praktični primer: Osebni avto –Merilnik zasuka odmične gredi
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
15
Diskretni dajalniki –Večbitni dajalniki kota zasuka
6
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
16
Geay-eva koda (spremeni se stanje le enega bita) – manjša občutljivost
Binarna koda
Merjenje kota zasuka: absolutni dajalniki
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
17
Merjenje kota zasuka: inkrementalni dajalniki
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
18
Ugotavljanje smeri vrtenja in povečanje ločljivosti
Merjenje kota zasuka: inkrementalni dajalniki
7
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
19
LVDT (linear variable differential transformer)
Merjenje pomika (sile, tlaka): LVDT
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
20
Merjenje pomika (sile, tlaka): LVDT
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
21
Dopplerjev efekt (npr, ultrazvok, ali elektromagnetno vzbujanje)
' vv v
v r
vf f
v v=
−
vv, fv – hitrost in frekvenca vira
vr – relativna hitrost predmeta
fv‘ – navidezna frekvenca vira
Merjenje hitrosti
8
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
22
Izvirajo iz meritve sile: F=ma
Merilnik s prožno gredjo
Pospeškometri (vzmetni)
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
23
Pospeškometri (piezoelektrični*):
*1880 – Pierre in Jacques Currie
npr.: kvarc: mehanska sprememba ↔ napetost
Q∼F
Pospeškometri (piezoelektrični*)
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Ambrožič : Meha
24
Pospeškometri (kapacitivni):
9
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
25
Analogni dajalniki - Merjenje tlaka tekočine in sile
p2p1
gibljivamembrana
Princip merjenja tlaka tekočin
Primer realizacije merilnika sile
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
26
Diskretni dajalniki -Merjenje temperature
Levo: bimetal v hladnem stanju – kontakt sklenjen; desno: segreti bimetal – kontakt razklenjen
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
27
Analogni dajalniki -Merjenje temperature
Termočleni
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
T [°C]
U [
mV
]
← NiCr-CuNi tip E
↑ NiCr-Ni tip K
↑ Pt13Rh-Pt tip R
Potek napetosti v odvisnosti od temperature nekaterih termoelementov
mV
+
_merilnomesto
priključnatočka
izenačevalnatočka
Princip merjenja s termočlenom
10
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
28
Analogni dajalniki -Merjenje temperature
Temperaturno odvisni upori
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 8000
50
100
150
200
250
300
350
400
T [°C]
R [
Ω]
• ← R0
Odvisnost upornosti od temperature za Pt100
Načini vezave temperaturno odvisnega upora (2-, 3- ali 4-žična)
Značilna oblika temperaturne sonde
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Mikroelektromehanski sistemi
Združujejo mehanske elemente, aktuatorje, senzorje in elektroniko
MEMS komponente so velike od 1 do 100 µm[1][2]
MEMS naprave pa so ponavadi velike od 20 µm do 1 mm[3]
MEMS
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Zmanjšanje obstoječih naprav
Izdelava orodij za interakcijo z mikrosvetom
Za izdelavo potrebujemo manj materiala
Z zmanjšano velikostjo in težo poveča aplikativnost
Integracija
Prednosti:
MEMS
11
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Senzorji pritiska
Senzorji vztrajnosti
Mikro tekočinske/bio MEMS aplikacije
Optični MEMS/ MOEMS
Radiofrekvenčni (RF) MEMS
Ostali [4]
Različne aplikacije
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Klasičnih metod, kot so rezkanje, vrtanje, struženje, kovanje in litje se zaradi velikosti ne uporablja
Veliko tehnologij za izdelavo MEMS je prevzetih iz izdelave tiskanih vezij
Jedkanje, vezanje ploskev, površinska obdelava, metoda DRIE
Največ se uporablja silicij in njegove spojine
Izdelava
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Analog devices ADXL330 3-osni 3g merilec pospeška
MEMS
12
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Lahko meri statične (gravitacija) ali dinamične (premikanje,
vibriranje) sile
Ponujajo kompaktno, robustno in natančno zaznavanje ter nizko porabo
Včasih so bili bazirani na piezo-električnih kristalih, ki pa so preveliki
in nerodni
Prvi mikro merilec pospeška je bil ustvarjen leta 1979 na Univerzi Stanford [1]
Trajalo 10 let, da so se začeli uporabljati v izdelkih masovne
proizvodnje [1]
Merilec pospeška
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Uporabljajo se v čedalje več osebnih elektronskih napravah, kot so predvajalniki, igralne naprave in še posebej v pametnih telefonih
Preklapljanje med horizontalnim in vertikalnim načinom slike
Stabilizacija slike
Nintendo Wii kontroler
Varovanje trdega diska
Airbag sistemi
Sistem proti zdrsu
Aplikacije
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehnikoMEMS
13
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Kondenzatorski merilec pospeška
• Zaznava spremembo kapacitivnosti ob premiku• Sestavljen iz fiksne in gibljive elektrode, ki je preko
vzmeti povezana z ohišjem• C=ε A/d
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
850 kratna povečava MEMS elementa
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehnikoMEMS
Merilec pospeška
14
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehnikoMEMS
Merilec pospeška - elektronika
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
Analogni ali digitalni
Merilno območje
1D, 2D ali 3D
Občutljivost
Pasovna širina
Različni parametri:
MEMS
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
42
Dajalniki – primerOsebni avto
15
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
43
Aktuatorji
Aktuatorji
Aktuatorji , vodeni z digitalnimi signali Aktuatorji, vodeni z analognimi signali
• Releji in kontaktorji • Dvopoložajni ventili
• Električni motorji • Zvezno nastavlj ivi ventili
Nekateri tipi aktuatorjev
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
44
Aktuatorji - binarni
Releji in kontaktorji
Zgradba releja in primer vklopa žarnice na 230V
A1 1
2
3
4
5 13
14
21
226A2
priključkikrmilnetuljave
pomožnikontakti
glavnikontakti
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
45
Aktuatorji - binarni
Solenoidi
Linearni solenoidi
16
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
46
Aktuatorji - binarni
Ventili
ustje ventila
oklep
armatura
navitje
vzmet za zapiranje
Dvopoložajni solenoidni ventil EV210A NC
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
47
Aktuatorji – vodeni z analognimi signali
Frekvenčni pretvornik
Blokovna shema frekvenčnega pretvornika
±
inteligentninadzor nadizh. tokom
za~itnefunkcije
krmilnonapajalno
vezje
Programirna
Opcije
Opcije
napajanje
krmilnivhodi
reset
potenciometerza ref. frekvenco
alarmelekt. -term.
rele
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
48
Aktuatorji – vodeni z analognimi signali
Zvezno nastavljivi ventili
navitje zaporna vzmet
armatura
ustje
membrana
priključno mesto
Zvezno nastavljivi ventil EV260B
17
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
49
Prikazovalniki
Osnove mehatronike – Vanja Ambrožič
Univerza v LjubljaniFakulteta za elektrotehniko
50
Električni stroji