Датчики мехатронних систем. Класифікація і характеристики
Датчик
Датчик – це пристрій, що сприймає зовнішні впливи і реагує на них зміною електричних сигналів. Термін зовнішні впливи широко використовується, тому його необхідно правильно сприймати. Під зовнішнім впливом розуміється кількісна характеристика об'єкта, його властивість чи якість, які необхідно сприйняти і перетворити в електричний сигнал.
Вимірювана величина – це термін, що має аналогічне значення, проте в цьому терміні робиться акцент на кількісній характеристиці сенсорної функції. Призначення датчиків – реакція на певну зовнішню фізичного впливу і перетворення його в електричний сигнал, сумісний з вимірювальними схемами. Іншими словами, можна сказати, що датчик – це перетворювач фізичної величини (часто неелектричної) в електричний сигнал. Під терміном електричний сигнал розуміється сигнал, який може бути перетворений за допомогою електронних пристроїв, наприклад, посилено або переданий по лінії передач. Вихідними сигналами датчиків можуть бути напруга, струм або заряд, які описуються наступними характеристиками: амплітудою, частотою, фазою або цифровим кодом. Цей набір характеристик називається форматом вихідного сигналу. Таким чином, кожен датчик характеризується набором вхідних параметрів (будь-якої фізичної природи) і набором вихідних електричних параметрів. Будь який датчик є перетворювачем енергії. Незалежно від типу вимірюваної величини завжди відбувається передача енергії від досліджуваного об'єкта до датчика.
Робота датчика – це особливий випадок передачі інформації, а будь-яка передача інформації пов'язана з передачею енергії. Очевидним є той факт, що передача енергії може проходити в двох напрямках, тобто вона може бути як позитивною, так і негативною. Наприклад, енергія може передаватися від об'єкта до датчика, і, навпаки, від датчика до об'єкта. Особливим випадком є ситуація, при якій енергія дорівнює нулю, але і в цьому випадку відбувається передача інформації про існування саме такої особливої ситуації. Інфрачервоний датчик температури виробляє позитивну напругу, коли об'єкт тепліше датчика (інфрачервоне випромінювання направлено в сторону датчика), або негативну напругу, коли об'єкт холодніше датчика (інфрачервоне випромінювання направлено від датчика на об'єкт). Коли датчик і об'єкт мають однакову температуру, інфрачервоний потік дорівнює нулю, і вихідна напруга також дорівнює нулю. У цій ситуації і поміщена інформація про рівність температур датчика і об'єкта.
Поняття датчик необхідно відрізняти від поняття перетворювач. Перетворювач конвертує один тип енергії в інший, тоді як датчик перетворює будь-який тип енергії зовнішнього впливу в електричний сигнал. Прикладом перетворювача може служити гучномовець, що конвертує електричний сигнал в змінне магнітне поле для подальшого формування акустичних хвиль. Тут мова не йде ні про яке сприйнятті зовнішньої інформації. (Цікаво відзначити той факт, що якщо гучномовець підключити до входу підсилювача, він буде працювати як мікрофон. У цьому випадку його можна назвати акустичним датчиком.) Перетворювачі можуть виконувати також функції приводів. Привід можна визначити як пристрій, протилежне датчику, оскільки він перетворює електричну енергію, як правило, в неелектричну енергію. Прикладом приводу є електричний мотор, що перетворює електричну енергію в механічну. На рис. 1.1 показаний комплекс, що складається з комбінації різних датчиків, приводів і сигналізаторів, застосовуваний у корпорації МББап для підвищення безпеки автомобіля.
