ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Техника конструирования и применения датчиков, или, как ее можно кратко назвать, сенсорика, за по­следние годы развилась в самостоятельную ветвь из­мерительной техники. С ростом автоматизации к дат­чикам физических параметров стали предъявляться все более высокие требования. При этом особое значение придается следующим показателям:

* миниатюрность (возможность встраивания)

* дешевизна (серийное производство)

* механическая прочность

По структурному построению автоматизированные устройства напоминают такие биологические системы, как, например, человек. Органам чувств че­ловека соответствуют в автоматах (или роботах) датчики, а функции активных органов выполняются исполнительными устройствами. Анало­гом мозга как центрального устройства для обра­ботки сигналов служит ЭВМ с ее системой памяти.

Датчик . Что это такое?

Понятием “датчик” в общем случае обозначают дешевый, но надежный приемник и преобразователь измеряемой величины, обладающий умеренной точностью и пригодный для серийного изготовления. Общеупотребительные термины и определения для раз­личных датчиков четко сформулированы в Инструк­ции 2600 Общества немецких инженеров и Общества немецких электриков ФРГ(VDI/VDE-Richtline 2600).

Измерительный прибор осуществляет преобразование входного сигнала x(t) в выходной сигнал y(t):

y(t) = F[x(t)], (1)

где x(t) и y(t) - векторные величины; F(x) - требуемая функция преобразования. На выражение (1) можно смотреть на информационную модель прибора, в которой осуществляется преобразование входной информации в выходную.

В более общей формулировке прибор осуществляет операцию отображения множества сигналов на входе xÎX в множество сигналов на выходе yÎY, при этом указанное отображение должно быть однозначным.

В реальных приборах функция преобразования зависит не только от сигнала x(t), но также от возмущения x(t) на сигнал x(t), от помехи J(t), действующей на параметры прибора q(t), от несовершенства технологий изготовления прибора h(t) и от помехи n(t), возникающих в самом приборе (трения, паразитных ЭДС и др.), т. е.

y(t) = F[x,x,q(h,J),n)], (2)

где x,q,h,J,n - векторы.

На рис 1 приведена функциональная схема, отображающая зависимость (2).

Измеряемыми величинами, на основе которых формирует полезный сигнал х(t), являются параметры первичной информации, такие, как давление, температура, количество и расход жидкостей, линейные н угловые размеры, расстояния, скорости, ускорения, деформации, напряжения, вибрации, внутренние трещины, несплошности в материалах и др. К числу вредных возмущений от- носятся перегрузки, вибрации, электрические и магнитные поля, не- контролируемые вариации температуры, давления, влажности окружающей среды и т. д. Все эти возмущения вносят погрешности в показания приборов.

Рис 1. Функциональная схема прибора.

Прибор должен воспроизводить измеряемые величины с допу­скаемыми погрешностями. При этом слово “воспроизведение”, эквивалентное в данной трактовке слову “отображение”, понимается в самом широком смысле: получение на выходе прибора величин, пропорциональных входным величинам; формирование заданных функций от входных величин (квадратичная и логарифмическая шкалы и др.); получение производных и интегралов от входных величин; формирование на выходе слуховых или зрительных образов, отображающих свойства входной информации; формирование управляющих сигналов, используемых для управления контроля; запоминание и регистрация выходных сигналов.