Dočkáme se české senzoriky?

Rychlost a kvalita rozvoje oborů produkujících sofistikované výrobky roste především se zdokonalováním jejich řídicích, vyhodnocovacích a komunikačních systémů, ve kterých často sehrávají významnou roli senzory, které se stávají dominantními prvky vědeckého a technického pokroku. SENZORY A OPTIMÁLNÍ KONSTRUOVÁNÍ V první polovině 20. století se rozšiřuje používání senzorů ve výzkumu, vývoji a konstruování letadel a automobilů. Cit konstruktéra pro správné dimenzování byl upřesňován měřením aktuálních fyzikálních veličin, které umožnilo posuzovat a upravovat vhodnost konstrukčního řešení s ohledem na důležité funkční parametry, bezpečnost, spolehlivost provozu a životnost výrobku. Od počátku bylo aktuální měření mechanických deformací, parametrů translačního a torzního kmitání (dráhy, rychlosti, zrychlení), vzdálenosti, sil, tlaků a teploty. Tato měřicí technika se postupně rozšířila z leteckého a automobilového průmyslu do celého strojírenství a dalších průmyslových odvětví i jiných oborů (např. medicína). Výzkum, vývoj a produkce měřicí techniky, především mechanických veličin, se stal významným oborem, jehož kvalifikované využívání velmi efektivně přispělo k velkému pokroku v konstruování strojírenských výrobků. Zpočátku výpočtáři a konstruktéři využívali jen měřicí signály ze senzorů. Záhy však pokroky v elektronice umožnily automatické zpracování těchto měřicích signálů. Například jejich integraci a derivaci, frekvenční analýzu měřené veličiny, rozbor statistického výskytu stanovených amplitud, zjišťování velikosti měřené veličiny v závislosti na provozních funkcích zkoumaného objektu atd. Nadále se zvyšují nároky na stávající senzory: zvyšování lineární závislosti transformačního převodu mechanická veličina-měřicí signál, co nejmenší rozměry, netečnost k působení parazitních fyzikálních veličin, vyhovující citlivost, lineární transformace v dostatečném frekvenčním přenosu, dlouhodobá stálost metrologických charakteristik. SENZORY A AUTOMATIZACE Senzory jako primární zdroje informací jsou zpravidla instalovány v místech charakterizujících sledovaný či řízený proces, tedy i v nepříznivých podmínkách pro jejich spolehlivou funkci a jsou proto často nejzranitelnějšími prvky automatizačních zařízení. Senzory jsou často i prvky limitující přesnost automatické regulace a tedy nastavení žádané funkce. Automatizace má se stoupajícími technickými a metrologickými nároky na senzory široké využití ve zvyšování efektivity výrobních technologií, v optimalizaci programovatelných funkcí různých přístrojů a zařízení, v programování různých činností atd. Nejpoužívanější senzory využívají klasické principy: induktivní, indukční, piezoelektrický, kapacitní, kovové tenzometry, polovodičové tenzometry, ultrazvuk a v posledních letech optoelektronické systémy včetně laserové techniky a tzv. potenciometrické lankové senzory. Metrologické charakteristiky klasických senzorů jsou zdokonalovány pomalu. Teprve bezprostřední spojení senzorů s číslicovou elektronikou - mikroelektronickými moduly, zdokonaluje jejich programovatelné metrologické charakteristiky a podstatně rozšiřuje jejich využití v moderní technice. S vestavěnou digitální mikroelektronikou programovatelnou softwarem jsou používány např. ve zcela automatizované produkci složitých strojních součástí, v automatické navigaci dopravních prostředků, v řadě výrobních procesů v chemickém průmyslu atd. Existují např. inteligentní vyvažovací stroje, které samy vypočítávají toleranci nevyváženosti rotoru podle příslušné normy ze změřených dat charakterizujících rotor vyvažovaného stroje a jeho provoz. Zcela běžně dochází k integraci elektronických vyhodnocovacích, řídicích a komunikačních systémů se senzory do mechanické části strojů. Tyto mechatronické konstrukce jsou jednodušší, méně náročné na prostor, snižují výrobní náklady a zvyšují funkční spolehlivost. Aby se mikromoduly v senzorice rychleji prosazovaly, dohodli se výrobci senzorů na sjednocení všeobecných standardů pro rozhraní a funkce mikromodulů. Tak lze dosáhnout u elektroniky pro zpracování měřicích signálů menších nákladů na tuto techniku, vyhovující pro různorodé výrobky. Proto jsou uvnitř informačních sítí vyvíjena standardní rozhraní pro rozdílné senzorové mikromoduly a je usnadněn přístup k rozmanitějšímu automatickému zpracování měřicích signálů. V současné době jsou mikromoduly senzorů pro elektroniku ke zpracování měřicích signálů ve většině případů flexibilní. V automobilovém a leteckém průmyslu, v řadě výrobních technologií ve strojírenství, v chemii, v medicíně a v dalších oborech jsou využívány stejné senzorové mikromoduly. Značné pokroky senzoriky dneška nejsou konečné. Vše nasvědčuje, že rozvoj nanotechnologií kvalitativně zdokonalí výrobu i technické parametry inteligentních senzorů a rozšíří jejich využití v automatizaci. VÝROBA SENZORŮ SE ZVYŠUJE Vedle proslulých firem vyrábějících desítky let senzory klasického provedení převážně pro měření ve výzkumu a vývoji strojírenských výrobků a jen výjimečně pro regulaci a řízení automatizačních obvodů, jako jsou např. firmy Hottinger Messtechnik, Bruel a Kjaer, Vibrometer, Philips, Tinsley, Baldwin se objevily nové firmy vyrábějící senzory pro automatizační techniku, např. firmy Balluf, Turck a další. Snadné proniknutí těchto firem na světový trh svědčí o rychlém celosvětovém rozvoji automatizace zejména v leteckém a automobilovém průmyslu. Oborový svaz pro senzoriku v Německu (Fachverband for Sensorik) sdružující téměř 800 firem vyrábějících senzory potvrzuje ve shodě se švýcarskou prognostickou firmou Entecho Consulting skutečnost, že současný objem roční výroby je odhadován částkou 40 mld. eur. V Německu jde konkrétně o senzory měřící teplotu (20 %), dráhu (18 %), tlak (17 %) a sílu (12 %). Méně často jsou měřeny další veličiny: úhel natočení, průtok, zrychlení, otáčky, vlhkost a další veličiny. Nesporně existují pádné důvody pro část naší podnikatelské sféry náležitě technicky vzdělané a vysoké školy technického zaměření angažovat se ve výzkumu, vývoji a produkci senzorů aktuálních pro český průmysl. Takový promyšlený záměr vypracovaný uznávanými odborníky by měla podpořit Rada pro výzkum a vývoj, orgán na vládní úrovni. ING. JIŘÍ ČERNOHORSKÝ, DRSC.