Что такое пассивный сигнал
Что такое пассивный сигнал
Активный сигнал: — это сигнал, возбуждаемый генератором и введенный в линию так, чтобы его можно было обнаружить и проследить с помощью приемника. Сигнал генератора также может полностью заполнять заданную зону локации, чтобы обеспечить локацию всех линий, расположенных в этой зоне.
Пассивные сигналы: «естественные» сигналы, которые обычно излучают подземные металлические трубы и кабели при частотах 50/60 Гц или очень низких радиочастотах.
Несмотря на существование пассивных сигналов, лучшими с точки зрения локации являются активные сигналы, которые специально вводят в линии для их обнаружения и трассировки.
1.6.3 Ввод активного сигнала
Активный сигнал подается в линию от генератора таким образом, чтобы обеспечить возможность трассировки и локации линии с помощью приемника. 
Прямое подключение: Выход генератора сигналов (напряжение переменного тока) подключается непосредственно к трубопроводу или кабелю в одной из доступных точек, например; к клапану, датчику расходомера или концу проводника. Замыкание цепи осуществляется путем подключения к стержню или другой точке заземления
Индукция: Антенна генератора сигналов, питающаяся напряжением переменного тока, создает магнитное поле, силовые линии которого проходят через ее катушку и охватывают линию.
На первом рисунке антенна генератора расположена параллельно линии АВ, ее поле охватывает линию и индуцирует в ней сигнал. При этом нет взаимодействия магнитного поля антенны с линией CD, расположенной перпендикулярно антенне, и, следовательно, нет индуцированного сигнала в этой линии.
Расположение катушки антенны в горизонтальной плоскости снижает локализацию поля и является полезным для тех практических задач, где необходимо индуцировать сигнал сразу в нескольких линиях. Однако, при этом сигнал не индуцируется в линии, расположенной непосредственно под катушкой.
Установка индуктора на трубе или кабеле: Этот способ, реализующий принцип индукции, дает подобные результаты, что и прямое подключение, но без электрического контакта с линией. В этом случае, выходной сигнал генератора вводится в заданную линию с помощью тороидального магнитного сердечника с зазорами, который закреплен на линии и охватывает ее. Сердечник содержит обмотку, к которой подводится напряжение переменного тока от генератора. Линия, по существу, становится вторичной обмоткой трансформатора и в ней индуцируется мощный сигнал при соответствующем заземлении линии с обоих сторон от индуктора.
1.6.4 Пассивные сигналы
Пассивные сигналы обычно присутствуют в большинстве подземных кабелей и труб. Наглядные примеры — это силовые кабели под нагрузкой, через которые протекает ток. Менее наглядным является тот факт, что в земле (грунте) существует большое количество токов, которые стекают в землю с металлических труб или защитных оболочек кабелей по пути наименьшего сопротивления.
Ток, протекающий в кабеле, вызывает образование магнитного поля или пассивный сигнал; однако кабель, находящийся под напряжением, но не имеющий нагрузки, не всегда может создать сигнал, достаточный для обнаружения 
и, соответственно, для локации кабеля. Несмотря на это, утечки, которые, как правило, существуют в системах передачи электроэнергии, приводят к появлению токов в земле, обеспечивая на практике возможность детектирования большинства силовых кабелей (но не всех) пассивным способом.
Энергия радиоволн очень низкой частоты или большой длины волны от расположенных на значительном расстоянии передатчиков всегда присутствуют атмосфере земли. Земля (грунт), по существу, обеспечивает замыкание этой энергетической цепи. Подземные металлические линии формируют более предпочтительные пути для прохождения этой энергии и, таким образом, они действуют как антенны, вторично отражая эти сигналы. Эти сигналы имеют достаточную мощность для локализации практически в любой местности. Их величина может быть оценена экспериментальным путем перед тем, как использовать их для целей локации.
Унифицированные аналоговые сигналы в системах автоматики
При автоматизации технологических процессов используются различные датчики и исполнительные устройства. И те и другие так или иначе связаны с контроллерами или модулями ввода/вывода, которые получают от датчиков измеренные значения физических параметров и управляют исполнительными устройствами.
Представьте, что все устройства, присоединяемые к контроллеру имели бы различные интерфейсы — тогда производителям пришлось бы «плодить» огромное количество модулей ввода-вывода, а для того, чтобы заменить, например, неисправный датчик, нужно было бы искать точно такой же.
Именно поэтому, в системах промышленной автоматики принято унифицировать интерфейсы различных устройств.
В этой статье мы расскажем об унифицированных аналоговых сигналах. Поехали!
Унифицированные аналоговые сигналы
С аналоговыми сигналами мы имеем дело при измерении любых физических величин (температуры, влажности, давления и т.д.), а так же при непрерывном управлении исполнительными устройствами (регулирование скорости вращения двигателя с помощью преобразователя частоты; управление температурой с помощью нагревателя и т.д.).
Во всех перечисленных и им подобных случаях используются аналоговые (непрерывные) сигналы.
В контроллерном оборудовании в подавляющем большинстве случаев используются два типа аналоговых сигналов: токовый 4-20 мА и сигнал напряжения 0-10 В.
Унифицированный сигнал напряжения 0-10 В
Это же верно для любого другого устройства. Например, если аналоговый выход частотного преобразователя настроен на передачу текущей скорости вращения двигателя — тогда 0 В у него на выходе означает, что двигатель остановлен, а 10 В, что двигатель крутится на максимальной частоте.
Управление сигналом 0-10 В
С помощью унифицированного сигнала напряжения можно не только получать данные о физических величинах, но и управлять устройствами. Например, можно привести трёхходовой клапан в нужное положение, изменить скорость вращения электродвигателя через частотный преобразователь или мощность нагревателя.
Возьмём для примера электродвигатель, частотой вращения которого управляет частотный преобразователь.
Частоту вращения двигателя задаёт контроллер сигналом 0-10 В, приходящим на аналоговый вход частотника.Частота вращения двигателя двигателя может быть от 0 до 50 Гц. Тогда, если в соответствии с алгоритмом контроллер собирается раскрутить двигатель на 25 Гц, он должен подать на вход частотника 5В.
«Токовая петля»: унифицированный аналоговый сигнал 4-20 мА
Аналоговый сигнал 4-20 мА (ещё называют «токовая петля») так же как сигнал напряжения 0-10 В используется в автоматике для получения информации от датчиков и управления различными устройствами.
По сравнению с сигналом 0-10 В сигнал 4-20 мА имеет ряд преимуществ:
Управление сигналом 4-20 мА
Управление различными устройствами с помощью токового сигнала ничем не отличается от управления с помощью сигнала напряжения. Только в данном случае нужен уже источник не напряжения, а тока.
Если устройство имеет управляющий вход 4-20 мА, то таким устройством может управлять контроллер или другое интеллектуальное устройство, имеющее соответствующий выход.
Например, мы хотим плавно открывать вентиль, имеющий электропривод со входом 4-20 мА. Если подать на вход сигнал тока 4 мА, тогда вентиль будет полностью закрыт, а если подать 20 мА — полностью открыт.
Активный и пассивный аналоговый выход 4-20 мА
Зачастую аналоговый выход датчика, контроллера или другого устройства — пассивный, то есть не может являться источником тока без внешнего питания. Поэтому при проектировании схемы автоматики нужно внимательно изучить характеристики аналоговых выходов используемых устройств, и если они пассивные — добавить в схему внешний источник питания для пропитки токовой петли.
На рисунке представлена схема подключения датчика с выходом 4-20 мА к измерителю-регулятору с соответствующим входом. Поскольку выход датчика пассивный — требуется его пропитка внешним блоком питания.
Нормирующий преобразователь
При измерении физической величины (температуры, влажности, загазованности, pH и др.) датчики преобразуют её значение в ток, напряжение, сопротивление, ёмкость и т.д. (в зависимости от принципа работы датчика). Для того, чтобы привести выходной сигнал датчика к унифицированному сигналу используют нормирующие преобразователи.
Нормирующий преобразователь — устройство, приводящее сигнал первичного преобразователя к унифицированному сигналу тока или напряжения.
Так выглядит датчик температуры с нормирующим преобразователем:
Активные и пассивные сигналы
Это продолжение статьи, посвященной теории электромагнитной индукции. Первую часть Вы можете прочитать по ссылке «Электромагнитная индукция». В этой статье излагаются основные принципы, положенные в основу принципа работы всех индукционных трассоискателей.
2 Активные и пассивные сигналы
Несмотря на существование пассивных сигналов, лучшими с точки зрения локации являются активные сигналы, которые специально вводят в линии для их обнаружения и трассировки.
Активный сигнал подается в линию от генератора таким образом, чтобы обеспечить возможность трассировки и локации линии с помощью приемника.
Прямое подключение: Выход генератора сигналов (напряжение переменного тока) подключается непосредственно к трубопроводу или кабелю в одной из доступных точек, например; к клапану, датчику расходомера или концу проводника. Замыкание цепи осуществляется путем подключения к стержню или другой точке заземления
Индукция: Антенна генератора сигналов, питающаяся напряжением переменного тока, создает магнитное поле, силовые линии которого проходят через ее катушку и охватывают линию.
 |
| Рис. 1 |
На Рис. 1 антенна генератора сигнала расположена параллельно линии АВ, ее поле охватывает линию и индуцирует в ней сигнал. При этом нет взаимодействия магнитного поля антенны с линией CD, расположенной перпендикулярно антенне, и, следовательно, нет индуцированного сигнала в этой линии.
 |
| Рис. 2 |
Расположение катушки антенны в горизонтальной плоскости (Рис. 2) снижает локализацию поля и является полезным для тех практических задач, когда необходимо индуцировать сигнал сразу в нескольких линиях. Однако, при этом сигнал не индуцируется в линии, расположенной непосредственно под катушкой.
Установка индукционного хомута (клещей) на трубе или кабеле.
Этот способ, реализующий принцип индукции, дает подобные результаты, что и прямое подключение, но без электрического контакта с линией. В этом случае, выходной сигнал генератора вводится в заданную линию с помощью тороидального магнитного сердечника с зазорами, который закреплен на линии и охватывает ее. Сердечник содержит обмотку, к которой подводится напряжение переменного тока от генератора. Линия, по существу, становится вторичной обмоткой трансформатора и в ней индуцируется мощный сигнал при соответствующем заземлении линии с обоих сторон от индуктора.
Что такое датчик?
Что такое датчики и зачем они нужны
При изучении робототехники возникает вопрос – что такое датчики? Датчики еще часто называю сенсорами.
Датчики — это детекторы, которые имеют возможность измерять некоторые физические качества, такие как давление или свет.
Датчик после этого будет преобразовывать измерение в сигнал, который может быть передан для анализа. Большинство датчиков, используемых сегодня существует для того, чтобы иметь возможность общаться с электронным устройством, которое будет делать измерения и записи.
датчик что это
Наличие датчиков обязательно для всех систем автоматизации. Именно датчики позволяют создать робота, который может реагировать на изменение различных параметров окружающей среды. Получая информацию от датчиков, робот выполняет различные действия согласно заложенной в него программе.
Можно сказать, что наличие датчиков и обратной связи с ними, отличает робота от автоматизированного устройства. Изучая робототехнику можно быстро узнать, что такое датчик и как использовать различные типы датчиков.
Сегодня вы сможете найти датчики в широком диапазоне различных устройств, которые вы используете регулярно. Сенсорный экран, который у вас есть на телефоне.
экран смартфона
Ультразвуковые датчики для открытия дверей в торговых центрах, герконовые датчики для систем сигнализации и множество других. Датчики являются очень распространенной частью повседневной жизни.
Введение в датчики
Мир полон сенсоров. В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с автоматизацией во всех видах деятельности. Автоматизация включает включение света и вентилятора, с использованием мобильных телефонов. Управление телевизором с помощью мобильных приложений.
Регулировки температуры в помещении. Обеспечение пожарной безопасности при помощи детекторов дыма и т.д. Все это делается с помощью датчиков. В наши дни любой встроенный системный продукт имеет встроенные датчики. Есть множество приложений, таких как мобильные управляемые камеры видеонаблюдения.
Приложения мониторинга и прогнозирования погоды и т. д. Датчики играют очень важную роль в профилактике и обнаружении заболеваний в здравоохранении. Поэтому, прежде чем проектировать датчик, использующий приложение, мы должны понять, что такое датчик, что именно делает датчик и сколько типов датчиков доступны.
Что такое датчик?
Датчик определяется как устройство или модуль, который помогает обнаружить любые изменения в физической величине такой как давление, сила или электрическая величина, как ток или любой другой вид энергии. После наблюдать изменениями, датчик посылает обнаруженный входной сигнал к микроконтроллеру или микропроцессору.
микроконтроллер
Наконец, датчик выдает считываемый выходной сигнал, который может быть либо оптическим, либо электрическим, либо любой формой сигнала, соответствующей изменению входного сигнала. В любой измерительной системе большую роль играют датчики.
Фактически, датчики являются первым элементом в структурной схеме измерительной системы, который вступает в непосредственный контакт с переменными для получения действительного выхода. Теперь вы знаете, что такое датчик и что на самом деле означает датчик.
Классификация датчиков
Активный датчик
Что такое активные датчик – это тип датчиков, который производит выходной сигнал с помощью внешнего источника возбуждения.
Собственные физические свойства датчика изменяются в зависимости от применяемого внешнего воздействия. Например, тензометрический датчик.
При нажатии на такой датчик воздействие преобразуется в электрический сигнал и сигнал передается в считывающее устройство.
Пассивный датчик
Пассивные датчики тип датчиков, который производит выходной сигнал без помощи внешнего источника возбуждения.
Им не нужны никакие дополнительные токи или напряжения. Например, термопара, которая генерирует значение напряжения, соответствующее приложенному теплу.
датчик температуры
Она не требует никакого внешнего электропитания.
Также датчики подразделяются на
Аналоговые
Что такое аналоговый датчик – это сенсор, который производит непрерывный сигнал относительно времени с аналоговым выходом.
Сформированный аналоговый выходной сигнал пропорционален измеряемому им входному сигналу. Как правило, аналоговое напряжение лежит в диапазоне от 0 до 10 В или в качестве выходного сигнала используется ток.
Примерами физических параметров для непрерывных сигналов могут служить температура, усилие, давление, смещение и др. Например, аналоговый датчик линии Arduino.
Цифровые
Цифровые датчики-это те, которые производят дискретные выходные сигналы.
Дискретные сигналы будут не непрерывными во времени и могут быть представлены в “битах” для последовательной передачи и в “байтах” для параллельной передачи. Измеряемая величина будет представлена в цифровом формате. Цифровой выход может быть в форме логики 1 или логики 0 (включено-выключено).
Цифровой датчик состоит из датчика, кабеля и передатчика. Измеренный сигнал преобразован в цифровой сигнал внутри датчика самого без любого внешнего компонента. Кабель используется для передачи на большие расстояния. Примером цифрового датчика может служить энкодер.
энкодеры
Он включает в себя цифровой светодиод и фотодиод, используемый для получения цифрового сигнала для измерения скорости вращающегося вала. Диск прикреплен к вращающемуся валу. Вращающийся вал имеет по окружности прозрачные пазы. Когда вал вращается со скоростью, диск также вращается вместе с ним.
принцип работы энкодера
Сигнал от светодиода проходит через паз и фиксируется фотодиодом. Выходным сигналом будет логическая 1 или логический 0. Выходные данные отображаются на ЖК-дисплее после прохождения через счетчик.
В настоящее время есть огромное количество датчиков для различных целей и каждый год датчики становятся все совершеннее. Сейчас все больше становится программируемых датчиков, которые можно калибровать и программировать на различные виды измерений.
Обычно в комплекте с этими датчиками идет достаточно подробная инструкция со схемами подключения, способами настройки и программирования датчиков.
Обзор полезного набора датчиков для Arduino
Унифицированные аналоговые сигналы в системах автоматики
Параметры этих электрических сигналов должны неким вполне определенным образом соответствовать параметрам физической величины, которую фиксирует датчик, чтобы управление конечным устройством получилось бы адекватным задаче автоматизации.
Безусловно, удобнее всего унифицировать аналоговые сигналы от различных датчиков, дабы контроллеры обрели универсальность, чтобы пользователю не приходилось бы для каждого датчика подбирать свой индивидуальный вид интерфейса, а для каждого интерфейса — свой датчик.
Пусть характер сигналов ввода-вывода станет унифицированным — решили разработчики, ведь при таком подходе процессы разработки систем автоматизации и блоков автоматики для промышленности сильно упростятся, а устранение неисправностей, обслуживание и модернизация оборудования станут значительно гибче. Даже если один датчик выйдет из строя, то вовсе не придется искать точно такой же, достаточно будет подобрать аналог с соответствующими выходными сигналами.
Измерения температуры среды, оборотов двигателя, давления в жидкости, механического напряжения образца, влажности воздуха и т. д. — зачастую осуществляется путем обработки непрерывных аналоговых сигналов, получаемых с соответствующих датчиков, при этом автоматически корректируется непрерывная работа сопряженного устройства: нагревательного элемента, частотного преобразователя, насоса, пресса и т. д.
В качестве аналогового сигнала наиболее часто служит либо сигнал напряжения, изменяющийся в диапазоне от 0 до 10 В, либо токовый сигнал, изменяющийся в диапазоне от 4 до 20 мА.
Управление напряжением от 0 до 10 В
Когда используется унифицированный сигнал напряжения от 0 до 10 В, то этой непрерывной последовательности напряжений от 0 до 10 В ставится в соответствие последовательность измеряемых физических величин, например давлений или температур.
Таким образом можно осуществлять управление различными устройствами, а также получать информацию для мониторинга. Например, радиатор с термодатчиком имеет аналоговый выход для отображения текущей температуры: 0 В — температура поверхности радиатора +25°С или ниже, 10 В — температура достигла +125°С — максимально допустимой.
Или подавая от контроллера напряжение от 0 до 10 В на аналоговый вход насоса, задаем давление газа в контейнере: 0 В — давление равно атмосферному, 5 В — давление равно 2 атм, 10 В — 4 атм. Подобным образом можно управлять нагревательными приборами, двигателями станков, клапанами и прочей арматурой и приводами различного назначения.
Управление током (токовая петля от 4 до 20 мА)
Второй вид унифицированного аналогового сигнала для управления автоматикой — токовый сигнал 4-20 мА, называемый «токовой петлей». Данный сигнал используется так же для получения сигналов от различных датчиков с целью управления исполнительными устройствами.
В отличие от сигнала напряжения, токовый характер сигнала позволяет передавать его без искажений на значительно большие расстояния, поскольку падения напряжений на линиях и на сопротивлениях автоматически компенсируются. Кроме того очень проста диагностика целостности передающих цепей — если ток есть, значит линия цела, если тока нет — имеет место обрыв. Именно по этой причине наименьшее значение 4 мА, а не 0 мА.
Итак, здесь в качестве источника энергии управляющего сигнала используется источник тока, а не источник напряжения. Соответственно, контроллер исполнительного устройства должен иметь токовый вход 4-20 мА, а преобразователь датчика — токовый выход. Допустим, имеется у частотного преобразователя управляющий токовый вход 4-20 мА, тогда при подаче на вход сигнала 4 мА или менее — управляемый привод остановится, а при подаче тока в 20 мА — разгонится на полные обороты.
Между тем, токовые выходы датчиков могут быть как активными, так и пассивными. Чаще выходы пассивные, это значит, что необходим дополнительный источник питания, который включается последовательно в цепь с датчиком и контроллером исполнительного устройства. Для датчика или контроллера с активным выходом — источник питания не потребуется, так как есть встроенный.
Аналоговая токовая петля используется сегодня в инженерной практике чаще, чем сигналы напряжения. Она может использоваться на расстояниях до нескольких километров. Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлектронных приборах, например оптронах. Из-за неидеальности источника тока, максимально допустимая длина линии (и максимальное сопротивление линии) зависит от напряжения, от которого питается источник тока.
Например при типичном напряжении питания 12 вольт сопротивление не должно превышать 600 Ом. Диапазоны токов и напряжений описаны в ГОСТ 26.011-80 «Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные».
Средство унификации первичного сигнала — нормирующий преобразователь
Принцип работы датчика может быть разным: емкостный, индуктивный, сопротивления, термопара и т.д. Однако выход для удобства дальнейшей обработки сигнала должен соответствовать требованиям унификации. Вот почему датчики зачастую оснащаются нормирующими преобразователями измеряемой величины в ток или в напряжение.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: