SENZORI – Tendințe actuale

Senzorul este un dispozitiv din categoria interfață, „care simte” variații ale anumitor proprietăți fizice sau chimice în mediul din jurul lui și le oferă unui dispozitiv care prelucrează calitativ sau cantitativ informațiile din mediu, oferind mărimi măsurabile. Senzorul detectează o modificare în mediu și produce un semnal.
Fără cel puțin un senzor ca o parte componentă, un aparat sau sistem tehnic nu poate avea o utilitate practică. Uzual, un senzor este dedicat unui parametru pe care îl supraveghează, exemple: temperatură, presiune, umiditate, pH, debit, iluminare, câmp magnetic, accelerație, forță, intensitate sonoră, radiații, substanțe toxice, gaze etc.
Pe scurt, senzorul este un dispozitiv care realizează transformarea unui parametru fizic sau chimic într-un semnal, care poate fi citit de către un observator printr-un instrument indicator sau poate fi prelucrat. Există mai multe clasificări ale senzorilor, legate de precizie, stabilitate, durata de viață, fiabilitate etc… dar, la alegerea pentru o aplicație, e foarte importantă cea referitoare la energia necesară funcționării.

Senzor pasiv: senzorul consumă energie pentru a realiza funcția. De exemplu o termorezistență sau un senzor de presiune, necesită o sursă de curent constant.

Senzor activ: senzorul nu necesită o sursă de energie, fiind chiar el un generator. De exemplu o fotocelulă sau un termocuplu produc o tensiune sau un curent foarte mici, dar măsurabile.

În controlul proceselor și în IoT informația calitativă/cantitativă măsurabilă și livrată de senzori – după o eventuală amplificare și prelucrare – servește la indicarea HMI și/sau controlul sistemelor tehnice automatizate.

Tendințe actuale în tehnologia senzorilor 

1. Miniaturizarea. Senzorii se răspândesc în nenumărate aplicații pe măsură ce se dezvoltă o lume din ce în ce mai interconectată. Multe dintre aceste aplicații necesită mai mulți senzori cu dimensiuni extrem de mici, fără degradarea performanței – și cu cerințe de consum energic foarte mic.
2. Digitalizarea. Cu atât de multe aplicații care folosesc spațiul IoT, trecerea de la domeniul analogic la cel digital este necesară pentru senzorii inteligenți care captează date din mediul de lucru, dar și interpretează primar aceste date, pentru o varietate de aplicații.
3. Fuziunea senzorilor. La fel ca și tendința către digitalizare, integrarea multi-senzorială este direct legată de extinderea IoT și de previziunea ca, toate lucrurile folosite de oameni să fie conectate. Necesitatea de a face mai multe tipuri de măsurare cu dispozitive extrem de mici impulsionează dezvoltarea elementelor multi-senzoriale.

Aceste trei tendințe majore se suprapun cu necesitatea unor performanțe mai mari la costuri mai mici.

Ce înseamnă fuziunea senzorilor și ce avantaje aduce?

Ca exemplu, din punct de vedere al evoluției tehnice, multe traductoare de presiune au putut fi livrate cu opțiuni de detectare a temperaturii. Acum, mulți dintre senzorii de presiune de pe piață includ sesizarea temperaturii ca o cerință minimală, dar se impune necesitatea adăugării și a altor tipuri de senzori în aceeași încapsulare. Au apărut modele complexe cu 3 și 4 senzori, într-o capsulă miniaturală, crescând complexitatea dispozitivelor de interfață la procesele controlate și reducând costurile de producție.

Care sunt domeniile cheie de creștere pentru diferite tipuri de senzori?

Dispozitivele mobile, cum ar fi smartphone-urile și tabletele au evoluat către terminale de infor­mații mai comode și multifunc­ționale, datorită unei mari varietăți de senzori de înaltă performanță la costuri reduse. TDK are o gamă largă de produse, cum ar fi senzori magnetici realizați prin tehnologia filmului, senzori barometrici prin tehnologia MEMS, microfoane care oferă o calitate vocală îmbunătățită și senzori de mișcare pe 3, 6 și 9 axe care pot determina orientarea, rotația și amplasarea oricărui dispozitiv, cu mare precizie. În plus, tehnologia TDK de fuziune a senzorilor în care mai mulți senzori și software au fost combinate ajută la crearea de produse cu mare valoare adăugată.

Se observă 4 domenii (piețe principale) de creștere pentru senzorii de astăzi. Un domeniu important este detectarea presiunii, care conduce și la indicarea altor parametri. Nevoia de a sesiza presiunea crește puternic pe majoritatea piețelor. Dispozitive portabile și medicale, dar și drone (sesizare altitudine), electrocasnice (sesizare nivel), aplicații industriale și transport (sesizare altitudine și viteză) necesită măsurarea presiunii.

Multe aplicații necesită și detectarea temperaturii pentru indicare, dar și pentru corecții la calculul presiunii. Monitorizarea temperaturii folosește la indicarea stării de bună funcționare pentru mașini industriale și auto, precum și a bateriilor de mare putere care sunt folosite acum pentru furnizarea energiei, reprezentând piețe de creștere importante. Detectarea temperaturii în aparatele portabile pentru asistență medicală este un alt domeniu important. A 3-a zonă cheie este detectarea forței, cu aplicații în industria aerospațială, instrumente medicale, aparate industriale, lifturi și o nouă generație de motoare electrice de mare putere. Iar a 4-a zonă, în expansiune, este detectarea poziției în aplicații diverse, precum echipamente industriale, sisteme din domeniul auto, dispozitive medicale și sisteme de manipulare a banilor.

Mulți senzori TDK, cum ar fi senzori de control al propulsiei, senzori de corp, senzori de siguranță și senzori de telecomunicații, sunt instalați în vehicule de pasageri și comerciale pentru a asigura o conducere sigură și confortabilă. Senzorii TDK contribuie, de asemenea, la o economie de combustibil îmbunătățită și la un consum redus de electricitate. Tehnologia de detectare a mași­nilor cu conducere automată (mașini robotizate) este vitală pentru a colecta cu precizie informații despre mașină în sine, precum și despre mediul încon­jurător. Puterea TDK în tehnologia materialelor oferă soluții superioare de senzori pentru mașina prezentului și a viitorului.

Ce progrese tehnologice, pot apărea în următorii cinci ani, legate de senzori?

Multe dintre progrese vor fi incrementale, pas cu pas. Vor continua progresele legate de miniaturizare, performanță mai mare și preț mai mic pentru detectarea digitală și comunicația wireless. De asemenea, se va pune un accent din ce în ce mai mare pe detectarea inteligentă, utilizând capabilitățile senzorilor poziționați într-un produs, pentru a analiza datele și a transmite „date vitale”, mai degrabă decât „date multe”. Proliferarea senzorilor și fuziunea senzorilor vor continua să se accelereze pe măsură ce se îmbunătățește securitatea în IoT și face mai sigură transmiterea datelor importante. Aceasta va spori capacitățile de operare la distanță. În timp ce se aplică această cerință, implantarea senzorilor în dispozitivele de consum va reduce costurile și va îmbunătăți performanțele. Astfel, se va extinde utilizarea senzorilor în alte industrii și se vor deschide aplicații care anterior nu erau realiste din punct de vedere al costurilor. Din punct de vedere tehnologic, ultra miniaturizarea a condus la nanosenzori (dispozitive care operează la scală mică, similar cu procese biologice naturale și le transformă în semnale care pot fi detectate și analizate) oferind o cale promițătoare către un adevărat salt calitativ.

Amănunte: https://www.te.com/usa-en/industries/sensor-solutions/applications/iot-sensors.html

Notă

Nanosenzorii au dimensiuni extrem de mici, fiindcă utilizează polimeri imprimați molecular (MIP), fiind împărțiți în 3 categorii: senzori electrochimici, piezoelectrici, spectroscopici.

Senzorii electrochimici induc o schimbare a proprietăților electrochimice ale materialului de detectare, schimbare care include sarcina electrică, conductivitatea și potențialul electric.

Diferiți senzori de la TDK, bazați pe tehnologia filmului subțire sau pe tehnologia MEMS, sunt utilizați în dispozitivele purtabile, ce sunt utilizate pe scară largă în domeniul medical, fitness și sport. Se fabrică module cu senzori miniaturali și de înaltă performanță utilizând teh­nologia originală “SESUB” – (Semiconductor Embedded in SUBstrate), care permite niveluri mai ridicate de integrare în amprente mai mici decât este posibil cu tehnologiile de fabricație convenționale. Domeniul dispozitivelor purtabile necesită tehnologii inovatoare care să ofere performanțe de vârf în industrie și integrarea multor compo­nente diferite. Capabilitățile tehnice cuprinzătoare și soluțiile senzorilor TDK se află în centrul puterii urmă­toarei generații de soluții purtabile.

Senzorii piezoelectrici fie transformă forța mecanică în forță electrică, fie invers. Această forță este apoi transpusă într-un semnal.

Senzorii spectroscopici pot fi împărțiți în 3 subcategorii: senzori chemi luminiscenți, senzori de rezonanță a undelor pe baza proprietății dielectrice variabile la suprafața materialului și senzori de fluorescență. După cum sugerează numele, acești senzori produc semnale bazate pe lumină sub forme de chemi luminiscență, rezonanța undelor interne și fluorescență.

Metoda de producție este secretul firmei producătoare (deși principiul poate fi cunoscut) și joacă un rol central în determinarea caracteristicilor nanosenzorului. Funcția nanosenzorului poate fi realizată prin controlul suprafeței nanoparticulelor. Cea mai utilizată metodă este litografia: prin fascicul de electroni sau prin electrodepunere.

Aplicații: pentru controlul calității alimentelor și a poluării mediului, substanțe folosite în agricultură, medicină și monitorizarea sănătății, în domeniul militar pentru detectarea de explozibili și gaze toxice.

Notă

Pentru ca roboții să “prindă viață” sunt necesari și alți senzori decât celor care corespund la 5 simțuri umane, cum ar fi cei magnetici, cu ultra­sunete și cu infra­roșu, bazați pe tehnologiile și soluțiile TDK. Partajarea datelor senzorilor în Cloud și progresele în AI (inteligență artificială), conduc la o nouă revoluție industrială.

Piața senzorilor inteligenți din IoT are una dintre cele mai promițătoare oportunități de creștere pentru orice tip de senzor (temperatură, presiune, umiditate, debit, accelerometru, magnetometru, giroscop, inerțial, imagine, atingere, proximitate, acustic, mișcare, ocupare, senzor CO2 și altele), tehnologie de fabricație (MEMS, CMOS, spectroscopie optică), componentă (convertor analog-digital, convertor digital-analog, amplificator), utilizare finală (dispozitiv de consum, aparate de consum, asistență medicală, clădire inteligentă, electronice purtabile, comerț cu amănuntul, aerospațială și de apărare, industrial, geografie), tehnologie de comunicație: rețea cu fir (KNX, LonWorks, ethernet, modbus și DALI), rețea fără fir (Wi-Fi, bluetooth, zigbee, Z-wave, NFC, RFID, EnOcean, thread, 6LowPAN, WHART, PROFIBUS, DECT -ULE) și altele) și regiune (America de Nord, Europa, APAC – Asia Pacific și RoW – Rest of the World).

Ce este DECT – ULE (Ultra Low Energy)?
DECT (Telecomunicații digitale fără fir îmbună­tățite) a fost lansat în 1987 și este standardul pentru comunicațiile telefonice fără fir la nivel mondial. Disponibil în peste 110 de țări și operează în jur de 600 de milioane de utilizatori. DECT a fost o tehno­logie în continuă dezvoltare și au apărut deja noi versiuni ale tehnologiei de bază, cum ar fi Cordless Advanced Technology – Internet & Quality (CAT-iq). Cea mai recentă versiune este DECT -ULE.

TDK – Portofoliul tehnologiei senzorilor

TDK susține aplicațiile prin inovații constante în portofoliul de produse și soluțiile prin game largi de senzori și sisteme de senzori care acoperă subiecte precum starea (poziție, unghi, cuplu mecanic, curent), mediul (umiditate, temperatură, presiune) și mișcarea (accelerație, viteză, inerție, giroscop).

TDK – Soluții în aplicații

Cu o mare varietate de senzori și produse pentru sisteme de senzori, TDK oferă cele mai potrivite soluții pentru domeniile: dispozitive mobile (telefon), portabile inteligente (ceas, ochelari cu VR – realitate virtuală), auto (control, informații), electrocasnice, asistență medicală, echipamente industriale și energie.

Autor:
Constantin Savu
Director General – Ecas Electro

DESPRE AUTOR
Dl. Constantin Savu este inginer electronist cu o experiență de peste 30 ani în domeniul componentelor electronice și al selectării acestora pentru aplicații. Fiind bun cunoscător al componentelor și al tehnologiei de fabricație a modulelor electronice cu aplicații în domeniile industrial și co­mercial, coordonează direct producția la firma de profil Felix Electronic Services.

ECAS Electro asigură apro­vizionarea cu produse TDK.

Detalii tehnice
Ing. Emil Floroiu   |   emil@floroiu.ro
birou.vanzari@ecas.ro