1. Датчики перемещения вырабатывают сигнал пропорциональный перемещению объекта из одной точки пространства в другую. Кроме

перемещения ряд других параметров легко преобразуется в перемещение, и образуют датчик этого параметра. Например, сила с использованием пружины или другого упругого тела преобразуется в перемещение. Показания

барометрического датчика давления определяются геометрическими размерами

– объемом камеры или длиной столбика спирта или ртути. Простейший датчик влажности воздуха состоит из натянутого обезжиренного волоса, длина которого зависит от влажности.

Наиболее простым и весьма часто используемым датчиком перемещения является потенциометрический датчик, в котором движок потенциометра связывается с перемещаемым телом. Такие датчики могут фиксировать перемещение от 0,1 мм до 1000 мм. Хорошо известен указатель уровня топлива в баке автомобиля, в котором поплавок посредством рычага перемещает ползунок потенциометра. Недостатками потенциометрических датчиков перемещения являются недостаточная в ряде случаев точность и наличие силы трения ползунка, делающая этот датчик контактным и препятствующая его применению в ряде устройств.

В качестве бесконтактных датчиков перемещения часто используются емкостные и индуктивные датчики, в которых величина емкости или индуктивности изменяются при перемещении. Изменение емкости или индуктивности преобразуется в информационный сигнал либо при использовании моста переменного тока, либо при включении этих элементов в состав генератора, частота генерации которого меняется при изменении емкости или индуктивности. Ничто так точно не измеряется, как измеряется частота. Легко доступными способами, например, путем использования электронно-счетных частотомеров, частоту можно измерять с точностью до 10^-8. Таким образом, используя емкостные и индуктивные датчики можно получить очень высокую точность измерения перемещения и высокую чувствительность к изменению очень малых перемещений. Без особых затруднений можно фиксировать перемещения до 10^-9 м.

2. Датчики скорости. Существуют два принципиально разных датчика скорости: датчик скорости вращательного движения и датчик скорости поступательного движения.

Конструкция датчика скорости вращательного движения может быть очень простой. Достаточно поместить на вращающийся объект постоянный магнит, проходящий мимо катушки индуктивности. В результате электромагнитной индукции на концах катушки индуктивности возникает эдс индукции, период повторения которой равен периоду вращения. Можно использовать многополюсный магнит. Вариантов подобных устройств множество. Часто используются датчики скорости вращательного движения с оптопарой, в которых либо периодически прерывается луч света, либо происходит его отражения от вращающегося диска с периодическими темными и светлыми полосами. Полученный промодулированный луч света попадает на фотоприемник, выдающий электрический сигнал с частотой модуляции света.

Датчик скорости поступательного движения может быть устроен разными способами. Во-первых, на основе классического определения - по измерению промежутка времени, за которое тело проходит фиксированный отрезок пути. Измерение промежутка времени можно осуществить, применяя две оптопары, стоящие в начале и конце отрезка пути. Кроме того, очень часто для определения скорости применяется эффект Доплера с использованием электромагнитных или акустических волн. Например, скорость движения автомобиля определяется при использовании эффекта Доплера при отражении сантиметровых электромагнитных волн с длиною волны около 3 см.

3.Датчики ускорения. Ускорение тела или системы тел определяется путем измерения инерционных сил, возникающих при ускорении тел, обладающих массой. Силы же преобразуются в перемещения с использованием упругих элементов. Особое значение имеют датчики периодически повторяющихся ускорений, типа вибраций, возникающих при вращении несбалансированных масс. Подобные вибрации наблюдаются в самого разного рода двигателях,

турбинах и т.д. Контроль за величиной этих вибраций, имеет важное практическое значение. В этом случае широко применяются пьезоэлектрические датчики ускорения, в которых за счет пьезоэффекта инерционные силы преобразуются в электрический сигнал. Часто такие датчики называют акселерометрами.

4. Электретный микрофон — разновидность конденсаторного микрофона.

Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов) сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени.

 В последнее время в бытовых магнитофонах используются электретные конденсаторные микрофоны. Электретные микрофоны имеют самый .широкий диапазон частот: 30...20000 Гц. Микрофоны этого типа дают электрический сигнал в два раза больший нежели обычные угольные.

   Промышленность выпускает электретные микрофоны МКЭ-82 и МКЭ-01 по размерам аналогичные угольным МК-59 и им подобным, которые можно устанавливать в обычные телефонные трубки вместо угольных без всякой переделки телефонного аппарата. Этот тип микрофонов значительно дешевле обычных конденсаторных микрофонов, и поэтому более доступны радиолюбителям. Отечественная промышленность выпускает широкий ассортимент электретных микрофонов, среди них МКЭ-2 односторонней направленности для катушечных магнитофонов 1 класса и для встраивания в радиоэлектронную аппаратуру — МКЭ-3, МКЭ-332 и МКЭ-333. Для радиолюбителей наибольший интерес представляет конденсаторный электретный микрофон МКЭ-3, который имеет микроминиатюрное исполнение. Микрофон применяется в качестве встраиваемого устройства в отечественные магнитофоны, магниторадиолы и магнитолы, такие как, «Сигма-ВЭФ-260», «Томь-303», «Романтик-306» и др.

   Микрофон МКЭ-3 изготовляется в пластмассовом корпусе с фланцем для крепления на лицевой панели радиоустройства с внутренней стороны. Микрофон является ненаправленным и имеет диаграмму круга. Микрофон не допускает ударов и сильной тряски. В табл. 3.3 приведены основные технические параметры некоторых марок миниатюрных конденсаторных электретных микрофонов. На рис. 3.10 приведена схема включения распространенного в радиолюбительских конструкциях электретного микрофона типа МКЭ-3.

   Таблица 3.3

Тип микрофона	МКЭ-3	МКЭ-332	МКЭ-333	МКЭ-84
Номинальный диапазон рабочих частот, Гц	50...16000	50... 15000	50... 15000	300...3400
Чувствительность по свободному полю на    частоте 1000 Гц, мкВ/Па	не более 3	не менее 3	не менее 3	А - 6...12    В - 10...20
Неравномерность частотной характеристики    чувствительности в диапазоне 50... 16000 Гц,    дБ, не менее	10	-	-	-
Модуль полного электрического сопротивления на 1000 Гц,    Ом, не более	250	600 ±120	600 ± 120	-
Уровень эквивалентного звукового давления,    обусловленного собственными шумами микрофона,    дБ, не более	25	-	-	-
Средний перепад уровней чувствительности    «фронт — тыл», дБ	-	не, менее 12	не более 3	-
Условия эксплуатации: температура, ’С    относительная влажность воздуха, не более	5...30 85%    при 20'С	-10...+50    95±3 % при 25'С	10...+50    95±3% при 25'С	0...+45    93% при 25'С
Напряжения питания, В	-	1,5...9	1,5...9	1,3...4,5
Масса, г	8	1	1	8
Габаритные размеры (диаметр х длина), мм	14x22	10,5 х 6,5	10,5 х 6,5	22,4x9,7

   

   Рис. 3.10. Принципиальная схема включения микрофона типа МКЭ-3 на входе транзисторного УЗЧ

5. Устройство простейшего датчика влажности

 

Особенностью схемы является применение в качестве датчика переменного конденсатора С2 типа 1КЛВМ-1 с воздушным диэлектриком. Если воздух сухой - сопротивление между пластинами конденсатора составляет более 10 Гигаом, а уже при небольшой влажности сопротивление уменьшается. По сути этот конденсатор представляет собой высокоомный резистор с изменяющимся в зависимости от внешних условий абсорбированной атмосферной влажности сопротивлением. При сухом климате сопротивление датчика велико, и на выходе элемента D1/1 присутствует низкий уровень напряжения. при увеличении влажности сопротивление датчика уменьшается, возникает генерация импульсов, на выходе схемы присутствуют короткие импульсы. При увеличении влажности частота генерации импульсов увеличивается. В определенный момент влажности генератор на элементе D1/1 превращается в генератор импульсов. на выходе устройства появляется непрерывный сигнал.

6. Какова температурная чувствительность различных термосопротивлений

Платиновые датчики термосопротивления ТСП и Pt100 теоретически имеют диапазон измеряемых температур от -200 до 1100°С. Наиболее распространены датчики с диапазоном -50…350°С. Работа датчиков термосопротивления в этом диапазоне обеспечивает измерение температуры воды, пара и всевозможных технических газов, получивших распространение в промышленности и не требует применения специальных жаростойких марок сталей при их изготовлении. Медные датчики способны работать в диапазоне -200…200°С.

7. Какова температурная чувствительность pn перехода

Основным недостатком датчиков на основе автоэпитаксиальных структур «кремний на кремнии», а также на основе чувствительных элементов с диффузионными кремниевыми тензорезисторами является низкий верхний предел рабочих температур, что обусловлено резким ухудшением изолирующих свойств p- n перехода при температурах более (410…430)К

8. Какие вы знаете устройства чувствительные к свету

Матрица фотоаппарата, фотоэлемент, солнечные батареи

9. Датчики проникающей радиации. Наиболее известным датчиком проникающей радиации является счетчик Гейгера. Он состоит из коаксиально расположенных внешнего металлического цилиндра, являющегося катодом, и тонкой нити, являющейся анодом. Между этими двумя электродами создается атмосфера специально подобранного разреженного газа. Между катодом и анодом прикладывается напряжение в несколько сотен вольт. При попадании между анодом и катодом частицы проникающей радиации, происходит ударная ионизация, которая инициализирует кратковременную вспышку газового разряда. На счетчике возникает импульс напряжения с амплитудой в несколько десятков вольт. Такой счетчик служит для обнаружения проникающей радиации и измерения приблизительного значения ее интенсивности. Однако он не может определить энергию частицы, попавшей в счетчик. Для определения энергии частиц используются стинцилляционные счетчики, состоящие из стинциллирующего кристалла и фотоэлектронного умножителя. В момент попадания частицы в кристалл происходит поглощение ее энергии с выделением части поглощенной энергии в виде энергии некоторого количества фотонов. Эти фотоны попадают на фотоэлектронный умножитель, который может усиливать первичный фототок до 10⁶ раз. На выходе фотоэлектронного умножителя появляются кратковременные импульсы напряжения, амплитуда которых зависит от энергии попавшей частицы. При большой интенсивности радиации могут использоваться ионизационные камеры, пропорциональные и полупроводниковые счетчики.