Signaalverwerking, hoe werkt het en hoe kan het ons helpen?

Signaalverwerking is een deelgebied van de toegepaste natuurkunde dat zich bezighoudt met het verwerken van signalen in geautomatiseerde systemen. Door het werken met geautomatiseerde systemen worden veel handelingen sneller en veiliger gemaakt. Het verwerken van signalen gaat volgens verschillende stappen. Wat zijn die stappen? Wat is signaalverwerking precies?

Regelsystemen

Meet- en regelsystemen zijn voor mensen enorm handig. Ze nemen handelingen en taken van de mens over door het verrichten van handelingen. Werken met deze systemen is erg handig om de volgende redenen:

• Het is minder vermoeiend bij bijvoorbeeld serieproductie
• Het werkt nauwkeuriger door mogelijkheid van grote precisie
• Het is veiliger omdat er geen mensen aan te pas komen waardoor er minder kans is op ongelukken
• De werksnelheid gaat omhoog door bijvoorbeeld het rekenen van computers

Er bestaan twee verschillende soorten automatische systemen; de meet- en stuursystemen en de regelsystemen. Meet- en stuur systemen controleren zichzelf niet. Ze hebben dus géén terugkoppeling. Regelsystemen controleren zichzelf voortdurend en regelen voortdurend bij tot de gewenste situatie is bereikt. De terugkoppeling is vanuit de uitvoer terug naar de invoer. De uitgang beïnvloedt dus indirect de ingang. De snelheid waarmee er wordt bijgeregeld is regelbaar.

Alle automatische systemen werken met signalen. Elektrische en optische signalen komen bij automatische systemen veel voor. Bij elektrische signalen verandert de spanning als functie van de tijd, terwijl bij optische signalen de lichtsterkte verandert als functie van de tijd. Vaak wordt een elektrisch signaal omgezet in een optisch signaal, dat vervolgens getransporteerd wordt via een glasvezelkabel om daarna weer omgezet te worden in een elektrisch signaal.

Drie basishandelingen bij automatische systemen

Bij een automatisch systeem moet er vaak een bepaalde grootheid gemeten worden, zoals temperatuur of druk. De sensor zet de te meten grootheid om in elektrische spanning waarna het sensorsignaal gefatsoeneerd wordt. Soms moet de elektrische spanning versterkt of gefilterd worden, voordat deze wordt aangeboden aan de verwerker.

Het gefatsoeneerde sensorsignaal moet verwerkt worden. Het wordt op een bepaalde manier doorgegeven en vergeleken met een vooraf ingestelde spanning. Verwerking is een centraal deel van elk geautomatiseerd systeem.

Na het verwerken moeten er handelingen worden verricht. Dit is de uitvoer van het automatische systeem. Er gaat bijvoorbeeld een lamp aan of uit, een alarm af of de verwarming wordt ingeschakeld. Deze handelingen zijn gevolgen van basishandelingen in een automatisch systeem.

Verschillende sensoren

Sensoren zijn te verdelen in twee hoofdgroepen. De actieve sensoren en passieve sensoren. Actieve sensoren, zoals een zonnecel, produceren de spanning zelf. Passieve sensoren werken alleen als er een voedingsspanning is aangesloten

Hieronder een lijst met verschillende sensoren met verschillende functies:

• Temperatuursensor
• Lichtsensor
• Infraroodsensor, zet warmtestraling om in spanning
• Magneetveldsensor
• Krachtsensor
• Geluidssensor
• Deeltjesdetector, meet het aantal deeltjes, bijvoorbeeld een geigerteller
• Hallsensor, zet magnetische inductie om in spanning

Eigenschappen van sensoren

Sensoren kunnen verschillende eigenschappen hebben. De lineariteit van een sensor kan verschillend zijn. Bij een lineaire sensor is het ijkdiagram een rechte lijn. Een ijkdiagram toont hoe de spanning varieert met de gemeten grootheid. Je ziet niet alleen de uiterste waarden, maar ook de tussenliggende waarden. De gevoeligheid van een sensor is te bepalen via de steilheid van een lijn in een ijkdiagram. Bij een steile helling is de sensor zeer gevoelig, want bij een kleine verandering van de waarde van de om te zetten grootheid geeft de sensor een grote verandering van de uitgangsspanning. Bij een minder steile helling is de sensor dus minder gevoelig. Ook is het zo dat de sensor nauwkeuriger is naarmate de gemeten grootheid beter overeenstemt met de werkelijke waarde. Het meetbereik is het gebied waarbinnen de sensor goed te gebruiken is. Hoe gevoeliger de sensor, hoe kleiner het meetbereik.