5-Ma’ruza.
MEXATRON TIZIMLARIDA IShLATILADIGAN DATChIKLARNING BLOK SXEMALARI
Mexatron tizimlarida datchiklar nazorat qilinayotgan ob’ektlardan axbarotni elektr kattalik sifatida oladi va tok yoki kuchlanish ko‘rinishidagi signalni elektron qurilmaga uzatadi. Ba’zi datchiklarning ishlash prinsiplari bilan tanishamiz.
Xar qanday ob’ekt o‘zining yuzasida statik elektr xosil qiladi. Yuzadagi zaryadlar elektrostatik xodisalar xisobiga xosil bo‘ladi (ya’ni ob’ektlar xarakatlanganida zaryadlar ajralib chiqish jarayoni, matolarni bir biriga ishqalanishi, atmosferadagi elektr va xavonining turbulelentligi va boshqalar). Odatda xavoda musbat yoki manfiy ionlar bo‘ladi ular odam tanasiga tushganidan so‘ng o‘z zaryadini o‘zgartiradi. Ideal statik sharoitlarda barcha ob’ektlar zaryadlanmagan, ularning xajmiy zaryadlari nolga teng. Ammo real sharoitlarda yerdan vaqtinchalik bo‘lsa xam izolyasiyalangan xar qanday ob’ektda xajmiy zaryadning muvozanat buzilishi kuzatiladi. Boshqacha qilib aytilganda ular elektr zaryad tashuvchilar bo‘lib qoladi.
Xar qanday elektron sxema bu o‘tkazgichlar va dielektriklar to‘plamidir. Agar sxema ekranlashtirilmagan bo‘lsa, uning barcha komponentlari atrofdagi ob’ektlar bilan sig‘imli aloqaga ega bo‘ladi.
Odatda o‘tish sig‘imlari juda kichik bo‘ladi 1 pF va undan xam kichik. Sxemani atrofdagi ob’ektlar bilan aloqasini ortirish uchun uning kirishiga sezgir elektrod o‘rnatiladi. Bunday elektrod odatda sig‘imli detektorlarda qo‘llaniladi.
Elektrod yerdan ishonchli izolyatsiyalangan, plastina shaklida bajarilgan bo‘lishi mumkin. Elektrod va atrof muxitdagi ob’ektlar o‘rtasida xamisha elektr maydon o‘rnatiladi, agar ulardan birontasi zaryad tashuvchi bo‘lsa. Boshqacha qilib aytganda qo‘shni ob’ektlar va elektrod o‘rtasida shakllantirilgan barcha taqsimlangan kondensatorlar statik yoki kuchsiz o‘zgaruvchi elektr maydon tomonidan zaryadlanadi.
Agar elektrod yaqinida xarakatlanayotgan ob’ekt bo‘lmasa, elektr maydon stansionar yoki sekin o‘zgaradi.
Agar zaryad tashuvchi (harakatdagi odam) o‘z xolatini o‘zgartirsa (uzoqlashsa yoki elektrod atrofida yangi ob’ekt- zaryad tashuvchi paydo bo‘lsa) statik elektr maydon buziladi. Bu o‘tish kondensatorlari o‘rtasida zaryadlarni qayta taqsimlanishiga olib keladi, atrofdagi ob’ektlar va elektrod o‘rtasida yangi shakllantirilganlari ishga tushadi.
Ob’ektlar yuzasidagi zaryadlar qiymati ularning tabiati va atmosfera sharoitlaridan kelib chiqadi. Masalan gilam ustida xarakatlanayotgan, quruq ust-boshli odam, xo‘l ust-boshli odamga nisbatan million marta ko‘proq zaryad tashib o‘tadi. elektron sxema normal xolatda ishlashi uchun konkret sharoitlar belgilangan bo‘lishi kerak.
Boshqacha qilib aytganda ushbu qurilmaning vazifasi o‘zgaruvchan induksion o‘zgaruvchilarni o‘zgartirib kirishda elektr signallar xosil qilishdan iborat bo‘lib, bu signallar kuchaytiriladi va keyingi vazifalarni bajarilishida ishlatiladi.
Shunday qilib oddiy fizik xodisa bo‘lgan statik elektrdan, ob’ektlar xarakatini ko‘zatishda o‘zgaruvchi elektr signallarni shakllantirish uchun foydalanish mumkin.
2.1.-rasm. elektrostatik xarakat detektorining struktura sxemasi
Bu yerda: 1- elektrod, 2- datchik, 3-kuchaytirgich, 4- komporator.
Yuqoridagi rasmda elektrostatik xarakat detektorining blok sxemasi ko‘rsatilgan. U MOP tranzistorida tuzilgan birlamchi o‘zgartirgich, kuchaytirgich va komporatorlardan tashkil topgan impendans analog o‘zgartirgich va uning kirishiga ulangan o‘ztkazuvchi elektroddan tashkil topgan.
MOP tranzistorida tuzilgan datchik (birlamchi o‘zgatirgich)ning tuzilish sxemasi quyidagi 2.2- rasmda ko‘rsatilgan.
2.2-rasm. Datchikning prinsipial sxemasi.
Elektrod tashqi ob’ektlar bilan sig‘imli aloqa orqali ta’sirlashadi, buni Sr kondensator sifatida ko‘rish mumkin. Bu sxemada statik elektr manbasi sifatida yuzasida musbat zaryadlar taqsimlangan inson tanasi bo‘ladi. Inson tanasi zaryad tashuvchi bo‘lgani bois u kuchlanganligi e bo‘lgan elektr maydonni shakllantiradi.
Bu maydon elektrodda manfiy zaryadlarni induksiyalaydi. Stansionar sharoitlarda, inson xarakatsiz turgan vaqtda maydon kuchlanganligi doimiy bo‘ladi, kirish kondensatori S0 esa R1 orqali razryadlanadi. Sxema sezgirligini ortirish uchun R1 rezistor qarshiligini juda katta bo‘lishi 1010 Om va undan yuqori bo‘lishi kerak.
Odam xarakatlanayotgan vaqtda elektr maydon kuchlanganligi o‘zgaradi. Bu S0 kirish kondensatorida elektr zaryadni xosil bo‘lishiga, R1 rezistordagi kuchlanish qiymatini o‘zgarishiga olib keladi, u taqsimlovchi kondensator orqali kuchaytirgichga va komparatorga uzatiladi.
Komporator qabul qilingan signalni ikkita chegara satxi bilan taqqos- laydi. Birinchi chegara satxi statik signal baza chizig‘idan yuqori, ikkinchisi esi quyi joylashgan. Odam xarakatlanayotganda komparator kirishidagi signal yuqori yoki quyiga og‘adi, shu bilan biron bir chegara satxi bilan kesishadi.
Komparator chiqish signali to‘g‘ri burchakli impulslar shaklida bo‘ladi va uni kayta ishlash qurilmasiga uzatish mumkin. Bu turdagi datchiklardan nafaqat yoritish qurilmalarida, balki, qo‘riqlash, masofani aniqlash va boshqa tizimlarda qo‘llash mumkin.
Infraqizil datchiklar yordamida ob’ektning joylashishini aniqlashda ob’ektning joylashgan xolatini turli usullar bilan qo‘llash mumkin. Shularning biri infraqizil nurlanish yordamida aniqlashdir. Atrof muxit elektromagnit shovqinlar bilan to‘la bo‘lgan bir vaqtda bunday usuldan foydalanish maqsadga muofiqdir. Ob’ekt joylashishini aniqlashda qo‘llaniladigan IK qurilmalarni quyidagicha ta’riflash mumkin:
IK nur tarqatuchi nur diodlari, birgina sodda elementlardan tashkil topgan IK nurlanishni qabul qiluvchi qurilmalar-fotodiodlar va IK fototranzistorlari yoki integrallangan-tranzistorli chiqish kaskadli kuchaytirgichli Shmitt triggeridan tashkil topgan qurilmalardir;
IK datchiklar- o‘tib boruvchi va qaytariluvchi nurlanish optojuftliklari.
IK enkoderlar- IK datchiklar asosida tashkil etilgan bo‘lsada, chiqish signali bilan ajralib turadi, sababi ular asosida tekshirilayotgan ob’ektning xarakatlanishini (chiziqli xarakatlanishini va tezligini, burilish burchagini o‘lchash) taxlil qilib borish mumkin. IK enkoderlar infraqizil nurlanish manbasi bilan birgalikda va usiz ishlashi mumkin. Ikkinchi xolatda tashqi nurlanish manbasidan foydalanishga to‘g‘ri keladi.
Xolatni aniqlovchi IK datchiklari o‘tib boruvchi va kaytariluvchi turlarga ajratiladi.
Nurning o‘tib borishiga asoslangan datchiklarda IK fotoqabulgich sifatida yakka element fototranzistor yoki dotodiodan foydalinish mumkin,shuning dek o‘z sxemasida kuchaytirgich, Shmitt triggeri va turli chiqish kaskadlariga ega bo‘lishi mumkin.
Bu turdagi dachiklar turli korpuslarda va turli maxkamlash variantlarida, turli ishchi yoritish kengliklarida va apertura tirqishining turli o‘lchamlarida tayyorlanishi mumkin. Korpuslari metal va keramika bo‘lishi mumkin. Detektor uning optik oralig‘iga shaffof bo‘lmagan jism tushirilganda ishga tushadi.
Nurning o‘tib borishiga asoslangan Shmitt triggerli datiklar qora plastmassa korpusiga qarama qarishi qilib joylashtirilgan IK nur diodi va Shmitt triggerili fotodetektordan tashkil topgan. Fotodetektor chiqishida signal xosil qilish uchun nur oqimiini shaffof bo‘lmagan jism bilan berkitish kifoya.
Fotodetektor fotodiod, kuchaytirgich, kuchlanish stabilizatori va Shmitt triggeridan tashkil topgan. Shmitt triggeridan olingan signal n-p-n tranzistordan tashkil etilgan chiqish pog‘anasiga uzatiladi. Shmitt triggeri optik yo‘l uzilganida datchikning bir marotaba aniq ishlashini ta’minlaydi.
Nurning qaytishiga asoslangan datchiklarda qo‘llanilgan fototranzistor xisobiga analog chiqishga ega bo‘lib, quyma korpusga joylashtiriladi. Nurning o‘tib borishiga asoslangan datchiklar kabi nur tarqatgich va detektor qarama-karshi tomondan emas balki ob’ektning bir tomonga o‘rnatilishi talab etilganda qo‘llaniladgan bunday datchiklar shaffof bo‘lmagan ob’ektni aniqlash, yoki mavjudligi /joylashganligini aniqlash uchun qo‘llaniladi. Datchiklar metall va plastik korpuslarda tayyorlanadi.
Bugungi kunda IK nurlanish datchiklar ko‘plab, soxalarda printerlar, o‘lchov qurilmalari, ma’lumotlar bilan ishlash, xarakatni nazorat qilish, skanerlar, medisina va boshqalar.
Aksariyat enkoderlar nurning o‘tib borishiga asoslanib ishlaydi. Ularda o‘zida nurlanish manbasi bo‘lishi yoki tashqi nurlanish manbasidan foydalanib ishlashi mumkin. enkoder IK nurlanish manbasiga qarama- qarshi tomoniga o‘rnatilgan uchta optik datchikdan tashkil topgan. Xar bir mexanik siklda detektor ikkita elektr impuls ishlab chiqaradi. Chiqish signallari xarakatning tezligi va yo‘nalishi xaqida ma’lumot beradi. Raqamli chiqishni xarakat yoki mavjudlik datchigi sifatida foydalanish imkonini beradi.
Sig‘im datchigi deb- parametrik tipdagi o‘zgartirgich bo‘lib, o‘lchanayotgan kattalikni o‘zgarishi sig‘imli qarshilik o‘zgarishiga aylantiriladi.
Sig‘imli datchik noelektrik kattaliklarni (suyuqlik sathi, mexanik kuchlanish, bosim, namlik va boshqalar) elektr sig‘im kattaligiga aylantiruvchi o‘lchov o‘zgartirgichidir. Konstruktiv jihatdan sig‘im datchigi yassi parallel yoki silindrik ko‘rinishdagi elektrik kondensatordir (2.3-rasm).
2.3-rasm. Sig‘imli datchik tuzilishi
Ishlash turiga qarab sig‘im datchiklarni quyidagi turlarga bo‘linadi:
Plastinalar orasidagi masofani yoki o‘zaro qatlam maydonining o‘zgarishiga asoslangan;
Dielektrik deformatsiyasiga asoslangan;
Dielektrik joylashishini o‘zgarishiga asoslangan;
Tarkibini o‘zgarishiga asoslangan;
Dielektrik o‘tkazuvchanligini o‘zgarishiga asoslangan.
Mexatron tizimlarda o‘zgaruvchan bosim yoki sathni o‘lchashda, mexanik siljishlarni aniq o‘lchashda sig‘im datchiklaridan keng foydalaniladi.
2.4.-rasm. Sig‘im datchigini blok sxemasi
Generator ob’ekt bilan ta’sirlashuvchi elektr maydonni ta’minlab beradi. Demodulyator generator xosil qilgan yuqori chastota tebranishlar amplitudasi o‘zgarishini o‘zgarmas kuchlanish o‘zgarishiga aylantirib beradi. Trigger gisterezis qiymatini va ulanish signali zaruriy qiymatini ta’minlab beradi. Kuchaytirgich chiqish signalini zaruriy darajaga kuchaytirib beradi. Nur diodidan tashkil topgan indikator qurilmani ishchi xolatini ko‘rsatib turadi.
Sig‘im datchiklarida kompaunddan foydalanishning asosiy maqsadi shuki datchik ichiga qattiq mayda jismlar va suvni kiritmaslikdir. Korpus mexanik ta’sirlardan ximoyalaydi.
Sig‘im datchigining faol yuzasi ikkita metall elektrodlardan tashkil topgan bo‘lib, buni plastinkalari yoyilgan kondensator sifatida tasavvur etish mumkin. elektorodlar yuqori chastotali avtogenerator teskari bog‘lanish zanjiriga ulangan bo‘lib, faol yuza ob’ekt yaqinlashtirilganda avtogenerator yuqori chastotali tebranishlar ishlab chiqara boshlaydi.
Kontaksiz sig‘imli datchik faol yuzasiga yaqinlashgan ob’ekt elektr maydonga tushadi va teskari bog‘lanish sig‘imini o‘zgartiradi. Generator tebranishlar ishlab chiqara boshlayda va ularning amplitudasi ob’ekt yaqinlashgani sari ortib boradi. Amplituda chiqish signalini shakllantiruvchi signalni qayta ishlovchi sxema tomonidan baxolanadi.
Kontaksiz sig‘im datchiklari elektr o‘tkazuvchan va dielektrik ob’ektlardan ishlashi mukin.
Elektr o‘tkazuvchan materiallar bilan faol yuza ta’sirlashganda Sr ishlash real masofasi maksimal qiymatga erishadi, dielektrik materiallar bilan faol yuza ta’sirlashganda Sr masofa materialning dielektrik singdiruvchanligi er ga bog‘liq ravishda kamayib boradi.
Dielektirik singdiruvchanligi turlicha bo‘lgan turli materiallardan tashkil topgan ob’ektrlar bilan ishlashda Sr ni εr ga bog‘liqlik grafigidan foydalanish kerak. Qurilmaning texnik xarakteristikasida ko‘rsatilgan ishga tushishni nominal masofasi (Sn) va ta’sir etishning ishonchili intervali (Sa) erga ulangan metal o‘ektga tegishli (Sr = 100%). Ishga tushishni real masofa Sr ni aniqlash uchun nisbat: 0,9 Sn < Sr < 1,1 Sn.
Yuqorida aytib o‘tkanimizdek avtomatik boshqaruv qurilmalarida qo‘llaniladigan ko‘plab turdagi datchik (birlamchi o‘zgartirgich)lar mavjud. Ular asosan turli fizik kattaliklarni elektron qurilmalarda qayta ishlash uchun elektr signallarga o‘zgartirish berishga xizmat qiladi.
Mexatronika datchiklarida nazorat qilishning optoelektron usullarini ikki xususiyatiga ko‘ra klassifikatsiyalash mumkin. Optoelektron o‘lchov qurilmalari (OO‘Q) o‘tib boruvchi (2.5-rasm a)) va qaytuvchi (2.5-rasm b)) yorug‘liklarda ishlashi mumkin. Ko‘p parametrli murakkab o‘lchov qurilmalarida birgalikda o‘tuvchi va qaytuvchi bir necha yorug‘liklarni ishlashini qo‘llash mumkin. Bundan tashqari, tekshirilayotgan ob’ektning o‘lchanayotgan parametrlari to‘g‘risidagi axborotni tashuvchisi sifatida fotopriyomnikga tushayotgan yorug‘lik oqimini qo‘llash yoki optoelektron juftlik «yorug‘lik manbai–yorug‘lik oluvchi»dan nazorat maydonidagi tasvir yoyilmasini shu maydonning optik bir jinsli emasligidan foydalanib ma’lumot olish mumkin.
2.5-rasm Optoelektron usullarga asoslangan datchikning blok sxemalari
Nazorat qilinayotgan yoki yaqinlashayotgan ob’ektni aniqlovchi elektron qurilmaning qanday qismlardan tashkil topgan bo‘lishini quyidagi blok sxemadan ko‘rish mumkin (2.6-rasm).
2.6-rasm. Ob’ektni aniqlovchi datchikning blok sxemasi
Agar datchik sifatida optoelektron qurilma olinadigan bo‘lsa, u holda ob’ektni aniqlovchi optoelektron qurilmani ikki usul, ya’ni yorug‘lik nurining ob’ekt yuzasidan qaytishi yoki ob’ekt qatlamidan o‘tishi intensivligini o‘lchash orqali qurish mumkin. Yorug‘lik nurining ob’ekt yuzasidan qaytishi asosida qurilgan elektron qurilmasining blok sxemasini quyidagicha tasvirlash mumkin (2.7 -rasm).
2.7-rasm. Yorug‘lik nurining ob’ekt yuzasidan qaytishi asosida ishlovchi optoelektron qurilmaning blok sxemasi
Bu yerda: YoM-yorug‘lik manbai, IG-impulslar generatori, FP-fotopriyomnik.
2.7-rasm. Yorug‘lik nurining ob’ektdan o‘tishi asosida ishlovchi optoelektron qurilmaning blok sxemasi
Mazkur optoelektron qurilma quyidagicha ishlaydi. Impulslar generatori (IG) dan ta’minlanayotgan yorug‘lik manbai ob’ektni nurlantiradi, nurning bir qismi qaytadi, bir qismi esa havoda yutiladi va ob’ektdan qaytgan nur fotopriyomnikda tutiladi. Havodan qaytgan nurning intensivligi nur qaytish sathida ob’ektning bor yoki yo‘qligiga qarab kuchli yoki kuchsiz bo‘ladi. Fotopriyomnikda tutilgan nur elektr signaliga aylantirilib, kuchaytirgich orqali taqqoslash qurilmasiga beriladi. Taqqoslash qurilmasi sifatida oddiy tranzistorli kalitdan, komparator yoki mantiqiy elementlardan foydalanish mumkin. Taqqoslash qurilmasidan signal mikrokontroller (MK)ga beriladi va MK ijrochi mexanizmga ijro buyruq signalini uzatadi.
|
