Anduri signaalid (0)

TALLINNA TÖÖSTUSHARIDUSKESKUS ANDURITE SIGNAALID Tallinn 2018


Sisukord Sissejuhatus........................................................................................................... 3 Tööstusautomaatika areng on seotud erinevate tehnoloogiliste protsesside ja 
masinate automaatjuhtimissüsteemide arenemisega. Andureid kasutatakse 
juhitavatelt objektidelt seisundiinfo saamiseks. Seega nad on juhtsüsteemide 
elemendid, mis muundavad juhitavaid suurusi (temperatuur, rõhk, niiskus, 
vooluhulk jne) mugavalt mõõdetavaks, talletatavaks ja töödeldavaks 
signaaliks.Andmetöötlustehnoloogia ning info- ja arvutitehnika kiire areng 
määravad andurite intensiivse arendamise............................................................3 Kaasaegsed mõõte- ja juhtimissüsteemid põhinevad arvutitehnikal. Kuna nende 
süsteemide võimalused kasvavad, siis infot esmaselt vastuvõtvate andurite roll 
tõuseb oluliselt. Andurid muutuvad oluliseks teguriks automaatikas ja robootikas 
ning nad koguvad suurt tähtsust süsteemide struktuurielementidena...................3 Igapäevaelus kasutatavad andurid: suitsuandur, tulekahjuandur, 
temperatuuriandur, rõhuandur, kiirusandur, kiirendusandur, asendiandur, 
siirdeandur, jõuandur, momendiandur, pingeandur, vooluandur, 
lähedusandur, induktiivandur, magnetvälja andur, Geigeri 
loendur (kiirgusandur), valgus(tatus)e andur / optiline andur, heliandur 
(mikrofon) jne................................................................................................... 3 Andur...................................................................................................................... 4 Andur on seade, mis muundab mõõdetava füüsikalise 
suuruse (näiteks rõhu, kiiruse vms) teiseks suuruseks (signaaliks), mida on 
parem võimendada, mõõta, edastada või töödelda. Andurite kasutusala 
kuulub automaatika ja mõõtetehnika valdkonda. Andureid võib lugeda nii 
automaatika- kui ka mõõtevahenditeks...........................................................4
Andurite liigitus edastatava signaali järgi:.......................................................4 Andurite Signaalid.................................................................................................. 5 Kasutatud kirjandus.............................................................................................. 10 Kasutatud kirjandus10


Sissejuhatus Tööstusautomaatika areng on seotud erinevate tehnoloogiliste protsesside ja masinate  automaatjuhtimissüsteemide arenemisega. Andureid kasutatakse juhitavatelt objektidelt  seisundiinfo saamiseks. Seega nad on juhtsüsteemide elemendid, mis muundavad juhitavaid  suurusi (temperatuur, rõhk, niiskus, vooluhulk jne) mugavalt mõõdetavaks, talletatavaks ja  töödeldavaks signaaliks.Andmetöötlustehnoloogia ning info- ja arvutitehnika kiire areng  määravad andurite intensiivse arendamise.  Kaasaegsed mõõte- ja juhtimissüsteemid põhinevad arvutitehnikal. Kuna nende süsteemide  võimalused kasvavad, siis infot esmaselt vastuvõtvate andurite roll tõuseb oluliselt. Andurid  muutuvad oluliseks teguriks automaatikas ja robootikas ning nad koguvad suurt tähtsust  süsteemide struktuurielementidena. Igapäevaelus kasutatavad andurid: suitsuandur, tulekahjuandur, temperatuuriandur,  rõhuandur, kiirusandur, kiirendusandur, asendiandur, siirdeandur, jõuandur, momendiandur,  pingeandur, vooluandur, lähedusandur, induktiivandur, magnetvälja andur, Geigeri  loendur (kiirgusandur), valgus(tatus)e andur / optiline andur, heliandur (mikrofon) jne. 


Andur  Andur on seade, mis muundab mõõdetava füüsikalise suuruse (näiteks rõhu, kiiruse vms)  teiseks suuruseks (signaaliks), mida on parem võimendada, mõõta, edastada või töödelda.  Andurite kasutusala kuulub automaatika ja mõõtetehnika valdkonda. Andureid võib lugeda nii automaatika- kui ka mõõtevahenditeks. Andurite liigitus edastatava signaali järgi:  analoogsignaali edastavad andurid ehk pidevatoimelised andurid.  diskreetsignaali edastavad andurid, mis jagunevad omakorda:  impulss-signaale edastavad andurid. Need on andurid, kus informatsioon  kodeeritakse impulsi parameetritega. Impulsi olulisemad parameetrid on tema  amplituud ehk kõrgus, kestus ehk laius, sagedus või periood ja faasinurk ehk nihe  taktimpulsi suhtes. Vastavalt neile neljale parameetrile tuntakse signaalide nelja  pulsimodulatsiooni liiki. Need on:  Pulsi amplituudmodulatsioon (PAM)  Pulsilaiusmodulatsioon (PLM)  Pulsi sagedusmodulatsioon (PSM)  Pulsi faasimodulatsioon (PFM)  arvsignaale edastavad andurid.


Andurite Signaalid Analoogsignaal on pidev signaal ehk signaal, millel on lõpmatu arv olekuid ning mis on igal  hetkel määratud (s.t mida saab igal ajamomendil mõõta). Kuna enamik looduslikke ja  tehislikke protsesse on pidevatoimelised, siis kajastavad analoogsignaalid neid vägagi  adekvaatselt. Kõige laiemalt kasutatakse elektrilisi analoogsignaale, kuid kasutamist leiavad  ka pneumaatilised, optilised jt. signaalid. Analoog e pingeväljundiga anduri väljundsignaaliks on pinge, mis muutub koos anduri  sisendsignaaliga. Pingeväljundiga andurite puudus: signaali ei saa edastada pikkade  vahemaade taha juhtmete pingelangude tõttu ning samuti tekkivate mürahäiringute mõju liitub signaaliga ja suurendab seda. Müra võib pärineda lähedalasuvatest mootoritest, kontaktoritest  ja igat tüüpi elektromehaanilistest seadmestikust. See mõjutab negatiivselt mõõtetäpsust ja  sageli on vajalik mõõtemomendil müra eemaldada või vähendada, kasutades sobivaid  analoog- või digitaalfiltreid. Elektrilise analoogsignaali kasutamisel on andmed protsessi või objekti  mingi parameetri kohta kohta esitatavad kas  otseselt elektripinge, voolutugevuse või kogulaengu väärtuste (või nende muutuste) kujul, või  siis kaudselt amplituudi, sageduse, faasi või mõne muu elektrisignaalile iseloomuliku  parameetri (näiteks impulsi pikkus) vahendusel. Andmed (mõnel juhul käsitletavad ka kui informatsioon) mingi füüsikalise suuruse kohta  (heli, temperatuur, rõhk, asend, valgus) muundatakse elektrisignaaliks, kasutades selle  suuruse andurit ehk muundurit, mis otsese toimega seadmete puhul muundab energiat ühest  liigist teise (näiteks mikrofon, termopaar, piesoandur), või toimib mingil muul printsiibil  (takistusandur, asendiandur, kiirendusandur jt.) Vooluväljundiga anduri liides tekitab väljundis voolu, mis muutub vastavalt mõõdetavale  suurusele. Erinevalt pingeväljundiga anduritest võib vooluväljundiga anduri signaali edastada  pikemate vahemaade taha ja häiringud mõjutavad seda vähem. Vooluväljundile on välja  arendatud erinevaid standardeid, kuid enim rakendatav on 4-20 mA standard. Vähim väärtus  anduri mõõtealas vastab 4 mA ja suurim – 20 mA väljundvoolule. Anduri näidud jäävad 


vahemikku 4 kuni 20 mA. Vooluväljund tagab alati nõutud voolu väljundahelas. Sedasi saab  anduriga ühendatud seade voolu katkemisel kergesti tuvastada anduri probleemi (näiteks  katkenud juhe). Signaali saab kergesti muuta pingeks 250 Ω takistiga, mille pingelang muutub vahemikus kuni 5 V ja seda saab kergesti mõõta programmeeritava kontrolleriga (PLC-ga) või digitaal-analoog-muunduriga. Diskreetsignaal on selline elektrisignaal, millele omistatakse väärtus ainult kindlail  ajahetkeil. Diskreetsignaalidel on lõplik arv olekuid. Diskreetsignaal  saadakse analoogsignaalist selle väärtuse mõõtmise teel teatud kindlate ajavahemike järel. Nii saadud näite (mõõteväärtusi) nimetatakse diskreetideks (ingl sample) ja näiduvõtusagedust  diskreetimissageduseks (ingl sampling rate, sampling frequency). Diskreetimine on esimene samm analoogsignaalist digitaalsignaali saamisel. Edasiseks  töötlemiseks muudetakse diskreetsignaali üksikväärtuste (diskreetide) järjend enamasti  diskreedihoidelülituse (ingl sample and hold) abil pidevaks astmeliseks (trepikujuliseks)  signaaliks. Siinuselise kandevõnkumise amplituudmoduleerimine (AM) ja sagedusmoduleerimine (FM) Amplituudmodulatsioon (lühend AM, inglise amplitude modulation) on raadio-  ja sidetehnikas kõrgsagedusliku elektrivõnkumise (kandesignaali) või impulsijada mingi  parameetri muutmine tunduvalt madalama sagedusega moduleeriva signaali m(t) rütmis.  Modulatsiooniga kaasneb signaali m(t) esialgse kuju oluline muutus ja tema spektri üleminek  teisele sagedusele. Tuntud on mitu AM-i alaliiki: kandjaga AM, kandjata AM ja ühe külgriba  AM. Moduleerimine võimaldab edastada signaali m(t) kanalis, mille sagedusomadused on piiratud, ning aitab vähendada edastatava signaali m(t)kuju või mõne tema olulise parameetri  moonutusi edastusel. Eelkõige kasutatakse modulatsiooni selleks, et võimaldada mitme  signaali samaaegset edastamist ühes kanalis.[1]


Ühe külgriba modulatsioon on amplituudmodulatsiooni liik, mis võimaldab kasutada saatja  võimsust ja ribalaiust tõhusamalt võrreldes kahe külgriba modulatsiooniga.  Amplituudmodulatsiooni käigus saadakse modulaatori väljundisse kaks külgriba, mis  kahekordistab ribalaiust. Seetõttu kasutatakse ühe külgriba modulatsiooni ribalaiuse  vähendamiseks, kuid sellise modulaatori skeem ja häälestamine on keerukam. Praktikas  kasutatakse kahe külgriba modulatsiooni vähe just suurema ribalaiuse ja vajamineva võimsuse tõttu. Kahe külgriba modulatsiooni tähtsus hakkas langema pärast teist maailmasõda, kui  arenesid skeemitehnika ja riistvara ühe külgriba modulatsiooni sooritamiseks.[2] Pulsilaiusmodulatsioon (PWM)  ehk impulsilaiusmodulatsioon ehk laiusimpulssmodulatsioon on modulatsiooni liik,  milles väljundpinge reguleerimiseks muudetakse impulsside laiust. Lühend PWM tuleb  ingliskeelsest terminist Pulse Width Modulation. Kuigi pulsilaiusmodulatsiooni saab kasutada informatsiooni edastamiseks, on selle peamine  kasutusala elektriseadmete võimsuse kontrollimine. Kõige rohkem kasutatakse  pulsilaiusmodulatsiooni võimsuse kontrollimiseks inertsiga koormistel, näiteks mootoritel.[1] Koormisele rakendatavat keskmist pinget (ja voolu) kontrollitakse toitepinge ning koormuse  vahelise lüliti kiirel sagedusel sisse- ja väljalülitamisega. Mida kauem on lüliti sisse lülitatud  (ehk koormis on ühendatud toitepingega), seda suurem on koormisele rakendatav pinge.[2] Pulsilaiusmodulatsiooni sisse- ja väljalülitussagedus peab olema nii suur, et see ei mõjutaks  rakendatavat koormist soovimatul kujul. Selline sagedus on seadmetel väga erinev. Näiteks  peab elektripliidi puhul lülitamine käima vaid paar korda minutis, lambi valgusregulaatoris  120 korda sekundis ning helivõimendites ja mikroskeemides peab lülitussagedus olema  kümnetes kuni sadades kilohertsides.[2] Peamine pulsilaiusmodulatsiooni eelis on see, et lülitusseadmetes on võimsuse kadu väga  väike. Kui lüliti on avatud, ei jookse läbi lüliti peaaegu mingit voolu ning kui lüliti on suletud, tarbib voolu ainult rakendatav koormis. Teisisõnu ei lange lüliti peal mingit pinget.[1] Sagedusmodulatsioon ehk FM (frequency modulation) on kandevõnkumise sageduse  muutmine vastavalt sisendsignaalile. Telekommunikatsioonis ja signaalitöötluses kasutatakse 


seda erinevate signaali kodeerimismeetodite seas. See meetod seisneb informatsiooni  edastamises kandevõnkumisega, mille hetksagedust muudetakse. Sagedusmodulatsioon  erineb amplituudmodulatsioonist, kus kandevõnkumise sageduse asemel muudetakse  laine amplituudi. Sagedussignaali ja pulsilaiusmodulatsiooniga (PWM) andurid Sagedusväljundiga andureid võib lugeda pooldigitaalseteks ning nende väljundiks on sagedus, periood, lülituskestus, ajavahemik või faasinihe. Sagedusväljundiga andureid iseloomustavad  järgmised eelised:  suur häiringukindlus. Sagedussignaale saab, analoogsignaalidega võrreldes, edastada  suuremate vahemaade taha ja nad säilitavad hea mürakindluse. Nad sobivad eriti hästi  suurte häiringutega tööstuskeskkonna rakendustesse;  signaaliedastus on energiasäästlik. Erinevalt analoogväljundiga anduritest,  sagedusväljund säästab signaali energiat edastamisel suurte vahemaade taha, kuna pole tarvis eelvõimendust;  sagedussignaalide mõõtmise kõrge täpsus. See saavutatakse laialt levinud  kristallresonaatorite baasil, mis praktikas on stabiilsemad kui analoogpinge mõõtmisel  kasutatavad tugipingeallikad. Võrreldes pingeväljundiga anduritega, sagedusväljundiga andurid ei vaja signaali mõõtmiseks täiendavaid osi, nagu analoog-digitaal-muundureid. Nende viga sagedussignaali muundamisel digitaalkoodiks on tühiselt väike (0,001% suurusjärgus). Sedasama mõõdetud suuruse  muundamist sagedussignaaliks võib vaadelda kui ajalise integreerimise protsessi, mille  jooksul võimalikud mürad filtreeritakse välja.  Faasimanipulatsioon ehk digitaalne faasimodulatsioon ehk diskreet-faasimodulatsioon (ing.  k phase-shift keying, lühend PSK) on numbrilise modulatsiooni liik, mille puhul andmete  edastamisel jääb kandevsignaali sagedus ja amplituud muutumatuks, kuid tema faas muutub  vastavalt edastavale informatsioonile.


Analoogsignaali puhul on hetksageduse ja baassageduse vahe proportsionaalne sisendsignaali  väärtusega. Digitaalse info edastamiseks saab kasutada meetodit, kus kandevõnkumise sagedust  muudetakse teatud sageduste vahel, vastavalt signaali väärtusele. Binaarse signaali puhul  oleks kasutusel kaks erinevat sagedust, kus üks tähistab bitti 0 ja teine bitti 1. See meetod on  tuntud kui sagedusmanipulatsioon (FSK, frequency-shift keying). FSK-d kasutatakse  laialdaselt modemites ja sellega on võimalik saata ka Morsekoodi.  Sagedusmodulatsiooni rakendusi on palju. Kõige tuntum neist on raadio. Raadiosüsteemide  puhul piisavalt suure ribalaiusegasagedusmodulatsiooni üheks tugevaimaks eeliseks on see, et loomulikult esinev müra signaaliedastust eriti ei häiri. Teiste rakenduste seas on ka radar,  videokassettsüsteemid, kahesuunalised raadiod, telemeetria ja seismilised uuringud.[2] Digitaalsignaal ehk arvsignaal on selline kaheseisundiliste pingetasemete järjend, mille  väärtus võib olla 0 või 1 (Boole'i algebra). Niisugune järjend moodustab bittide jada ja kannab edasi informatsiooni. Digitaalsignaalid on palju vähem tundlikud mürale kui analoogsignaalid ja võimaldavad kiiret infovahetust, olles seega ideaalsed elektroonilise side tarbeks.


Kasutatud kirjandus http://www.ene.ttu.ee/leonardo/automaatika/Auto3.pdf https://et.wikipedia.org/wiki/Andur http://www.tthk.ee/MEH/Andurid_1.html https://www.tthk.ee/MEH/Andurid_10.html https://et.wikipedia.org/wiki/Faasimanipulatsioon http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/oppeinfo/materjal/AAR3340/Andurid.pdf

Document Outline

• Sissejuhatus
• Tööstusautomaatika areng on seotud erinevate tehnoloogiliste protsesside ja masinate automaatjuhtimissüsteemide arenemisega. Andureid kasutatakse juhitavatelt objektidelt seisundiinfo saamiseks. Seega nad on juhtsüsteemide elemendid, mis muundavad juhitavaid suurusi (temperatuur, rõhk, niiskus, vooluhulk jne) mugavalt mõõdetavaks, talletatavaks ja töödeldavaks signaaliks.Andmetöötlustehnoloogia ning info- ja arvutitehnika kiire areng määravad andurite intensiivse arendamise.
• Kaasaegsed mõõte- ja juhtimissüsteemid põhinevad arvutitehnikal. Kuna nende süsteemide võimalused kasvavad, siis infot esmaselt vastuvõtvate andurite roll tõuseb oluliselt. Andurid muutuvad oluliseks teguriks automaatikas ja robootikas ning nad koguvad suurt tähtsust süsteemide struktuurielementidena.
  • Igapäevaelus kasutatavad andurid: suitsuandur, tulekahjuandur, temperatuuriandur, rõhuandur, kiirusandur, kiirendusandur, asendiandur, siirdeandur, jõuandur, momendiandur, pingeandur, vooluandur, lähedusandur, induktiivandur, magnetvälja andur, Geigeri loendur (kiirgusandur), valgus(tatus)e andur / optiline andur, heliandur (mikrofon) jne.
• Andur
  • Andur on seade, mis muundab mõõdetava füüsikalise suuruse (näiteks rõhu, kiiruse vms) teiseks suuruseks (signaaliks), mida on parem võimendada, mõõta, edastada või töödelda. Andurite kasutusala kuulub automaatika ja mõõtetehnika valdkonda. Andureid võib lugeda nii automaatika- kui ka mõõtevahenditeks.
  • Andurite liigitus edastatava signaali järgi:
• Andurite Signaalid
• Kasutatud kirjandus