Title: Sensori eTrasduttori
1Distribuzione spaziale dellirradiazione delle
sorgenti luminose
2Caratteristiche spettrali normalizzate dei diodi
sensibili alla luce e dei diodi emettitori di
luce
Dispositivi sensibili alla luce.
Dispositivi emettitori di luce.
3Trasduttori acustico-elettrici ed elettroacustici
- Acustico-elettrici energia sonora ? energia
elettrica (microfoni, auricolari, ). - Elettroacustici energia elettrica ? energia
sonora (altoparlanti, ...)
- I MICROFONI
- A carbone resistenza variabile con la
pressione. - A riluttanza (pick-up) la vibrazione della
testina modifica la riluttanza magnetica e
quindi il flusso concatenato. - Magnetodinamici variazione di flusso concatenato
in una bobina per effetto della pressione
acustica. - A condensatore la pressione acustica varia la
capacità di un condensatore a carica costante
perché polarizzato con pila e alta resistenza. - Ed ancora
4- A elettrete condensatore variabile (come sopra)
con carica generata con un processo
termoelettrico (riscaldamento del teflon in
un campo elettrico). - Piezoelettrici la pressione produce una
tensione per piezoelettricità. - Magnetostrizione la pressione acustica modifica
la lunghezza di certi materiali (nichel,
ceramiche, ), che modificano la riluttanza e
quindi il flusso concatenato (utilizzati per
ultrasuoni e grandi potenze).
- TRASDUTTORI ELETTROACUSTICI
- Auricolare legge di Lorentz, variando la
tensione, varia il flusso concatenato e quindi
la forza di attrazione di una membrana che
esercita compressioni e decompressioni
dellaria circostante. - Altoparlante come per gli auricolari, ma la
membrana è più estesa - Cristalli piezoelettrici la tensione sul
cristallo genera compressioni e
decompressioni dello stesso (radiosveglie, ).
5I Microfoni
Microfono a carbone di Augusto Righi
- Molto sensibile e potente, ma non del tutto
insensibile ad urti e spostamenti. - Le vibrazioni sonore fanno vibrare la membrana
e di conseguenza la resistenza di contatto. La
corrente fornita da una pila viene perciò
modulata dalle vibrazioni. - Ciò che lo distingue dagli odierni microfoni a
carbone è la sostituzione della molla posteriore
della vaschetta contenente i granuli con un
anello di feltro posta tra la membrana e la
vaschetta.
6Microfono magnetodinamico
- Usati per ripresa sonora di alta qualità, in
quanto la bobina si muove in un campo costante. - La tensione indotta è proporzionale alla velocità
della bobina (frequenza). - E richiesto perciò un circuito equalizzatore
per avere risposta piatta. - Risulta pressoché omnidirezionale.
7Microfono a condensatore
- La capacità tra membrana e scatola è caricata
da una tensione elevata attraverso unaltra
resistenza. - Le vibrazioni fanno variare C,variando la
distanza fra le armature,e la carica Q resta
pressoché costante grazie lalto valore di R che
non permette una rapida scarica e carica. - La V varia in senso inverso a C.
Schema di impiego
Dove VC Q/C Se cambia C allora cambia VC.
8Microfono a elettrete
- Come molte plastiche isolanti il teflon
(politetrafluoroetilene), scaldato ad alta
temperatura e sottoposto a campo elettrico poi
raffreddato, si polarizza permanentemente. Così
si evita luso della batteria. - Noti da molto tempo, ma poco usati fino
allarrivo degli amplificatori integrati a causa
dellalta impedenza e del bassi guadagno. - Sono insensibili ai campi magnetici.
9Microfono piezoelettrico
- Basati sulla proprietà di alcuni cristalli (es.
ceramiche piezoelettriche)di caricarsi di
elettricità su due facce opposte quando sono
deformati da una forza meccanica. - La tensione è proporzionale alla deformazione ?
tensione di uscita a vuoto è indipendente dalla
frequenza. - Più leggeri, meno disturbati e meno costosi dei
microfoni dinamici, ma ora poco diffusi a causa
dellavvento dei transistori, più facili da
pilotare. - A causa del valore alto della tensione di uscita
è adatto a pilotare amplificatori a valvole.
10Piezoelettricità
- Una pressione genera delle cariche che possono
generare una tensione su un apposito condensatore
che usa il cristallo piezoelettrico come e
viceversa. - Con questo metodo si fanno estensimetri,
microfoni e trasduttori elettroacustici.
11Trasduttori Elettroacustici
Auricolare magnetico
- Lapplicazione di una tensione V genera un campo
magnetico BB0Bmsin?t (dove B0 è il campo
continuo delle espansioni polari). - La forza sulla membrana è
dove Ssuperficie della membrana
?opermeabilità dellaria
12I cristalli liquidi
- Sono
- liquidi (assumono la forma del recipiente che li
contiene), con una struttura particolarmente
ordinata (tipo albume, per cui occorre un certo
sforzo per separare le molecole) - trasduttori ottici non reversibili. Non emettono
luce ma diffondono o ruotano il piano di
polarizzazione della luce incidente.
Dove non cè lelettrodo la luce viene diffusa,
dove manca la luce arrivo sulla parte nera che
lassorbe. Consumano troppo per gli orologi.
13Cristalli ad effetto di campo
- Il campo elettrico applicato a elettrodi posti
opportunamente cambia il passo della spirale che
mostra come il piano di polarizzazione della
luce. - Dove ci sono gli elettrodi ruota di 900.
- Dove non ci sono ruota di 1800.
- Uno specchio posteriore riflette la luce che
torna ad uscire dove non ci sono gli elettrodi e
viene assorbita negli altri punti. - Il vantaggio consiste nellassenza di corrente e
quindi un consumo ridottissimo. - In questo caso lo sfondo è chiaro con scritte
scure.
14Note sui Trasduttori dImmagine
- Nei trasduttori dimmagine (telecamere, ...) la
collocazione spaziale del pixel diventa una
collocazione temporale nel segnale di uscita
dalla telecamera.
Nella figura è rappresentata schematicamente la
correlazione fra i pixel di una immagine
televisiva ed il segnale video associato.
15- Nello standard televisivo abbiamo 25 quadri al
secondo che diventano 50 frame (ogni frame ha un
numero di linee pari a metà della risoluzione
prevista) e poiché ogni quadro prevede una
risoluzione in 625 linee, avremo una frequenza di
sincronismo orizzontale pari a 2562515625Hz . - La banda del segnale invece dipende dalla
risoluzione spaziale associata allimmagine, che
determina la frequenza temporale massima del
segnale video. - Poiché per ogni linea si prevede una risoluzione
spaziale di circa 320 pixel, ne segue una banda
passante dellordine di 5MHz., pari allinverso
del tempo di pixel (tempo di linea 1/15625 sec.
tempo di pixel 1/32015625). - Nei monitor per computer, per garantire una
migliore visione dellimmagine, si aumentano i
quadri al secondo arrivando in alcuni casi anche
a 72 quadri al secondo, con un consistente
aumento della frequenza di sincronismo
orizzontale e della banda passante associata. - Questo è il principale motivo che impedisce una
diretta videoregistrazione VHS o visualizzazione
su TV standard delle immagini prodotte da
computer.
16Caratteristiche normalizzate (standard europeo)
del canale televisivo, nel caso della
trasmissione a colori (le ampiezze non sono in
scala)
17Caratteristiche normalizzate (standard europeo)
del canale televisivo, nel caso della
trasmissione in bianco e nero
18Dissettore
- Primo tubo di ripresa elettronico.
- Differisce da un fotomoltiplicatore solo per la
presenza di un diaframma con un piccolo foro al
centro tra fotocatodo e primo dinodo. - Zona tra f.c e diaframma è immersa in un campo
magnetico assiale unif. prodotto dalla bobina di
focalizzazione, attraversata da una corrente
continua.
- Sul fotocatodo un obiettivo proietta
unimmagine reale. - Gli elettroni emessi da una regione elementare,
pixel, del fotocatodo sono costretti dal campo
magnetico a cadere in una zona ristretta del
diaframma. - Sul diaframma si forma perciò unimmagine reale
elettronica uguale a quella ottica formatasi
sul fotocatodo.
19Orthicon a immagine
- Perfezionamento delliconoscopio.
- Limmagine viene accumulata su una piastra
isolante. - E un tubo a elettroni lenti e con
amplificatore, in cui la piastra isolante viene
letta da dietro.
20Vidicon
- Prima tappa del passaggio dai tubi-immagine a
vuoto ai trasduttori di immagini a
semiconduttori. - Limmagine si forma su uno strato fotoresistivo
di solfuro di cadmio. - La luce rende più o meno conduttore il CdS nei
vari pixel, in modo che il fascio di elettroni ad
ogni scansione manda in uscita impulsi più o meno
proporzionali allilluminazionen intagrale tra
una scansione e laltra.
21Rivelatori di radiazione e/o particelle
- Le radiazioni ionizzanti Egt10-20 eV sono proprie
di - radiazioni elettromagnetiche
- particelle cariche
- Non esistono rivelatori universali. Essi cambiano
a seconda - della natura della radiazione
- dellenergia della radiazione
- di cosa si vuole rivelare, ovvero
- numero di particelle indipendente dal tipo e
dallenergia - il tipo di particella
- lenergia della particella
- lenergia e la posizione
- lenergia, la posizione, la direzione, il tempo,
...
22- Esistono rivelatori di particelle non
direttamente ionizzanti (neutroni, neutrini, ). - Tutti i rivelatori si basano su
- interazione (ionizzazione, eccitazione) fra
radiazione e materia. - Le particelle cariche ? interagiscono con forze
di tipo Coulombiano - I fotoni ? eccitano la
materia (effetto fotoelettrico, effetto
Compton, ) - Le particelle cariche possono avere massa
- grande nuclei di elio emessi da elementi
radioattivi (?) - piccola elettroni (?)
- Esempi di camere di ionizzazione
23- Variazione della carica raccolta Q al variare
della tensione V
Camera di ionizzazione a campo uniforme
Camera di ionizzazione cilindrica
24I rivelatori a semiconduttore
- Sono sostanzialmente dei diodi polarizzati
inversamente. - Linterazione fra la radiazione e la materia deve
avvenire nella zona di svuotamento producendo
coppie elettrone-lacune che producono corrente. - Se linterazione avviene fuori le coppie si
ricombinano prima di generare una corrente.
25- Rivelatori al Litio
- si deposita il Litio
- si scalda al materiale ? il Litio diffonde
- si riporta al materiale a Tambiente ? il
materiale è stabile - Per i ? occorre il Ge, ma si deve lavorare a 77K
perché diffonde a Tambiente. - Scintillatori (metastabili se assorbono energia e
poi la riemettono spont.) - Si parla di FLUORESCENZA se lemissione avviene
dopo 10-8s - 10-9s. - Si parla di FOSFORESCENZA se lemissione avviene
dopo 10-5s - 10-7s. - Convertono lenergia part., X e ? ?luce ?
misurata fotomolt. rapidi. - Rivelatori a termoluminescenza (stabili se non
riemettono energia spont.) - Energia part., X e ? ? viene intrappolata, ma non
emessa successivamente se riscaldati ?
emettono luce. - Misurano solo lenergia totale accumulata e non
danno informazione sugli eventi. - Poiché hanno memoria, sono usati in
- archeologia il manufatto è azzerato al momento
della cottura e poi accumula raggi cosmici fino
al ritrovamento, supponendo costante larrivo dei
raggi cosmici si può risalire alletà. - medicina per costruire dosimetri.
26Trasduttori di posizione
- Trasduttori potenziometrici lineari e circolari
LVDT (Linear Variable Differential Transformer)
Se il nucleo è centrato luscita è nulla.
Altrimenti luscita è proporzionale allo
spostamento del nucleo. Vantaggi misura senza
attrito, vita meccanica infinita, risoluzione
infinita, robustezza esterna, compatibilità
dellambiente, isolamento ingresso-uscita. Errore
di misura 0.1-0.2.
27A barre graduate (LIDA)
-
- Si prende una barra poco sensibile alla
temperatura, umidità, . - Si incidono delle tacche o si disegnano zone
chiare e scure in modo che un sistema ottico
(TR), fatto da un trasmettitore (T) ed un
ricevitore (R), possa rilevare il movimento del
sistema generando un segnale V(t) che viene
inviato ad un contatore. - La posizione è ottenuta trasformando, conoscendo
la larghezza delle tacche, il conteggio in
spostamento. - Si ottengono precisioni fino ad 1?.
- Una sola barra non permette di rilevare i cambi
di direzione che sono facilmente rilevabili con
due barre sfalsate di 90.
28Pick-up a riluttanza
A) Vista frontale B) Vista laterale C) Schema
elettrico
- La somma dei segnali destrosinistro provoca
spostamento orizzontale. - La differenza destrosinistro provoca spostamento
verticale.
29Rivelatore di corrente di linea indifferente alla
polarità
- Rivelatore di corrente di linea con indicazioni
della polarità
30Optoaccoppiatore con contenitore Dual In Line
Package (DIP), che mostra la tecnica costruttiva
dellisolamento in vetro
31Optoaccoppiatore H15, tensione disolamento 4000V
32Modulo a riflessione formato da H23
Modulo a riflessione
33Modulo ad interruzione
Modulo ad interruzione
34Rivelatore di gocce a basso livello luminoso
schema elettrico
schema meccanico
35Accorgimenti per misure di temperatura con cavi
lunghi
Meglio
36(No Transcript)