Intelligens Rendszerek Elmélete Dr. Kutor László
Technikai érzékelők http://mobil.nik.bmf.hu/tantargyak/ire.html Login: ire 2009. ősz
jelszó: IRE07 BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/1
Mitől okos (intelligens?) egy technika? 1. Érzékelés (érzékszervek) 2. Információ feldolgozás (processzor, feldolgozási módszer) 3. Tudás (emlékezet, tapasztalat) 4. Tanulás 2. Kommunikáció (jelzésrendszer, kommunikációs nyelv,..) 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/2
A technikai érzékelők csoportosítása a beépített „intelligencia” alapján 0. Alap érzékelő 1. Az érzékelő elem erősítő, jelformáló áramkört is tartalmaz. (mérőátalakító) 2. Kompenzáló elemeket (pl.:érzékenység állító, határérték túllépés elleni védelmet) tartalmazó érintkezők. 3. Kommunikációs képességgel (A/D átalakítóval, címazonosítóval) rendelkező érzékelők. 4. Öndiagnosztizáló érzékelők (A helyes működést vagy a meghibásodást jelezni képesek) 5. Önálló elemző és döntési képességekkel rendelkező érzékelők. 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/3
A tipikus mérőátalakító „transducer”
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/4
A mérőátalakítókban leggyakrabban alkalmazott érzékelő elvek Potenciometrikus (ellenállás változásos) Nyúlásmérő Piezorezisztív Termoelektromos Kapacitív Elektromágneses (induktív) Piezoelektromos Fotokonduktív (rezisztív) Fotoelektromos Szelektív érzékenység!!!! 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/5
Az érzékelők legfontosabb jellemzői 1.
z frekvencia átvitel (átviteli karakterisztika) z működési tartomány (működési, maximális) z érzékenység =
mért jelváltozás mérendő jelváltozás
z felbontás =
mért jeltartomány átalakított bitek száma
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/6
Az érzékelők legfontosabb jellemzői 2.
z statikus hiba = mért érték – tényleges érték z dinamikus hiba mért érték
z linearitás mért érték
mért mennyiség
z hiszterézis z reprodukálhatóság 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
mért mennyiség
IRE 3/7
Legegyszerűbb érzékelők Kapcsolók Mechanikus kapcsolók:
„Reed” kapcsoló
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/8
Ellenállásos érzékelők
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/9
Az ellenállások hőmérséklet függése
a platina ellenállás, b NTK, d PTK c félvezető, 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/10
Ikerfém „bimetál” érzékelő
2009. ősz
BMF NIK,
IRE 3/11
Dr. Kutor László
Nyúlásmérő bélyeg R = ξ * l/ A Alkalmazások: Egyszerű felépítésű csapcella Hajlított-csavart mérőtest kialakítása kis erők mérésére. Előnye: stabil Hátránya: A hőmérsékletváltozás befolyásolja a működést. 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/12
Nyúlásmérő bélyegek
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/13
Hőkompenzálás Wheatstone hiddal
R5, R6 = kiegyenlítő R7, R8 = cellatényező beállításához R8 - R10 = hőmérséklet kompenzáló R11 = bemeneti ellenállás beálításához 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/14
Mechanikus légnyomás érzékelés Hagyományos barométer
2009. ősz
BMF NIK,
IRE 3/15
Dr. Kutor László
Nyomásérzékelő cella légnyomás érzékelés
2009. ősz
folyadéknyomás érzékelés
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/16
A piezorezisztív érzékelés elve A természetben előforduló néhány kristályos szerkezetű anyag (kvarc, turmalin) lapjain meghatározott irányú mechanikai terhelés hatására töltések halmozódnak fel, tehát feszültség keletkezik. (Nyomás hatására változtatja az ellenállás értékét.)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/17
A termoelem működése Seebeck hatás Két különböző fémet összeérintve, az érintkezési pontot melegítve, a két szabad végpont között feszültség mérhető
Peltier hatás A két érintkező fém csatlakozási pontján áramot átbocsátva a pont két oldalán hőmérséklet különbség mérhető
Termoelem kalibrálás
mV 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/18
Termoelem
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/19
Termoelem alkalmazás
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/20
Árammérés Willem Einthoven 1901-1907 „húros galvanométer” (1924 orvosi Nobel díj)
„Deprez” műszer
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/21
Hangérzékelők 1. Szénmikrofon:
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/22
Hangérzékelők 3. Dinamikus mikrofon
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/23
Hangérzékelők 3. Kapacitív „electret” mikrofon
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/24
Hangérzékelők 5. Piezzo mikrofon
Piezzo hangszóró
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/25
Hangérzékelő 5 Szalag mikrofon
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/26
Fotocella
2009. ősz
(Lénárd Fülöp, Albert Einstein)
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/27
Fényérzékelők Fotoellenállás
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/28
Fotodióda
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/29
Fototranzisztor
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/30
FotoFET
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/31
Fényérzékelő jellemzők
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/32
Fényérzékelők jellemzői
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/33
A fényelemek speciális alkalmazásai: napkollektorok I.
National Geographic 2009. szeptember
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/34
A fényelemek speciális alkalmazásai: napkollektorok II. Napelemes tetőcserép Tóth Miklós Tamás találmánya 2009.
Egy számítógép üzemeltetéséhez ~ 4 cserép is elég lehet!!! 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/35
Optikai (szöghelyzet) érzékelők „jeladók” Típusai: Inkrementális Abszolút
fényforrás fényérzékelő
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/36
Hall hatás
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/37
Foton sokszorozó
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/38
Rádioaktív sugárzás érzékelő „Geiger – Müller” – féle számlálócső α és β részecskék detektálására
A mérés elvi sémája Számláló GM csövek a gyakorlatban
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/39
Dr. Kutor László
IRE 3/40
Kép érzékelő 1.
2009. ősz
BMF NIK,
Kép érzékelő 2. (CCD kamera)
2009. ősz
BMF NIK,
Mozgás érzékelő
Dr. Kutor László
IRE 3/41
Digitális fényképezőgép
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/42
Digitális dideo kamera
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/43
Képfelvétel és feldolgozás
Cellular Neural Network Chua - Roska
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/44
Helyzet érzékelés
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/45
Gyorsulás érzékelés Giroszkóp, (gyroscope) Pörgettyű
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/46
Kerekesszék giroszkópokkal
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/47
Műholdas helymeghatározás Navstar = GPS (USA), Glonast (RU), GALILEO (EU) 2005.12.28
Galileo program fázisok Tervezés 2002-2005 Megvalósítás (teszt)2006-2008 Csoportos telepítés 2008-2010 Szolgáltatások 2010-től Miben különbözik: Polgári célú Növelt pontosság (~m) A működési garancia Jobb lefedettség http://www.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/programme/index_en.htm
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/48
GPS mondat felépítése $GPGGA,101234,4731.9738,N,1902.3433,E,1,06,0.9,102.2,M,46.9,M,,*7E $ GP GGA 10123 4731.9738 N 1902.3433 E 1 06 0.9 102.2 M 46.9 közötti M 7E 2009. ősz
yitó karakter PS adat azonosító mondat neve: Globális Helymeghatározó rendszer Rögzített Adatokkal” műhold rendszer ideje: 10:12:34 Szélességi koordináta A szélesség típusa: N vagy S Hosszúsági koordináta Hosszúság típusa: E vagy W Jel minősége: 0=érvénytelen, 1= GPS, 2=DGPS Műholdak száma (a jel előállításához) „Vízszintes pozíció tágítás” Tengerszint feletti magasság A tengerszint feletti magasság mértékegysége (Méter) A WGS 84-es földi ellipszis és a tengerszint magassága különbség (Geodial Separation) A GS mértékegysége (Méter) Ellenőrző karakterek IRE 3/49 BMF NIK, Dr. Kutor László
GPS alkalmazások Főbb kategóriák: ♦Szállítás, ♦Közlekedés (légi-, közúti-, vasúti-, tömeg-), ♦Tengerészet, ♦Halászat ♦Energia ipar, ♦Építőipar , ♦Távközlés, ♦Személyvédelem, ♦Pénzügy, ♦Biztosítás, ♦Biztonság technika, ♦Idő referencia, ♦Tudomány, ♦Mezőgazdaság, ♦Környezetvédelem, ♦Szórakoztató ipar ♦Fogyatékkal élők támogatása (AAL) Az életvitelt segítő potenciális alkalmazások: Személyi tájékozódás támogatás látáskorlátozottaknak Altzheimer betegek téri tájékozódása Út tervezés kerekesszékeseknek Egészségügyi távfelügyeleti és sürgősségi szolgáltatások kibővítése valósidejű helymeghatározással Valós idejű hangbemondás közlekedési járműveken http://www.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/applications/index_en.htm
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/50
Szenzorok (egy kakukktojással)
2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/51
Kérdések 1. Milyen képességekkel kell felruházni egy technikai rendszert, ha intelligenssé kívánjuk tenni? 2. Milyen tényezők indokolják a technikai érzékelők egyre szélesebb alkalmazását? 3. Milyen tényezők korlátozzák a technikai érzékelők alkalmazását a biológiai rendszerekben (pl. az emberben)? 2009. ősz
BMF NIK,
Dr. Kutor László
IRE 3/52
