40 Датчики перемещения. Одно- и двухканальная схема измерительного преобразователя.

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Датчик перемещения - измерительный преобразователь линейных или угловых перемещений в сигнал (электрический, механический, пневматический), удобный для регистрации, дистанционной передачи и дальнейших преобразований.

В качестве датчика перемещений могут быть использованы ёмкостные, индуктивные, трансформаторные, резисторные, струнные, фотоэлектрические, струйные, индукционные, ферродинамические датчики, кодирующие диски. Различают датчики малых перемещений - от нескольких мкм до нескольких см и больших перемещений - от десятков см до нескольких м; для измерения больших перемещений применяют датчики пути. Наиболее высокую чувствительность при измерении малых перемещений обеспечивают фотоэлектрические, ёмкостные и некоторые типы индуктивных датчиков. Для измерения перемещений, связанных с деформацией деталей, используют тензодатчики, обычно с усилителями.

Измерительный преобразователь - техническое средство с нормируемыми метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи, но непосредственно не воспринимаемый оператором. Измерительный преобразователь или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.) или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

Одноканальная схема измерительного преобразователя и элементы измерительной цепи пространственно разделены между собой и соединены линией в виде проводов или кабеля. Таким образом, при включении преобразователя последовательно с его сопро­тивлением Z_i, включается сопротивление соединительных проводов и контактов Z_л, а параллельно — сопротивление, определяемое токами утечки Z_yт. Сопротивле­ние Z_л, имеет обычно последовательно включённые активную и индуктивную состав­ляющие, а сопротивление Z_yт - параллельно включённые активную и ёмкостную составляющие. При включении ге­нераторного преобразователя (рисунок 4.1)

Рисунок 4.1 – Генераторный преобразователь

наличие сопротив­лений Z_л и Z_ут приводит к уменьшению выходного напря­жения на сопротивлении R_H измерительной цепи по срав­нению с ЭДС Е_х, так как:

Погрешность от наличия должна учитываться для преобразователей, обладающих относительно малым Z_i (например, термопары), при работе с измерительной цепью с малым входным со­противлением. Погрешность исключается при . Погрешность от наличия . должна учитываться для преобразователей, обладающих большим внут­ренним сопротивлением.

При включении параметрического преобразователя, выходной величиной кото­рого является Z(х), сопротивление, включаемое в измерительную цепь, из-за нали­чия Z_л, и Z_yт отличается от сопротивления преобразователя.

Одноканальные схемы измерительных преобразователей имеют недостатки, существенно ограничивающие области их практического применения:

- нелинейность функций преобразования;

- чувствительность к нестабильности питания;

- наличие на выходе постоянной неинформативной составляющей;

- чувствительность к воздействию внешних факторов;

- наличие погрешности от старения элементов.

Следующий способ проектирования основан на организации в структуре преобразователя дополнительного канала, “симметричного” с основным относительно нелинейной составляющей исходной функции преобразования, и “ассиметричного” относительно информативной измеряемой величины и простого алгебраического преобразования полученные в результате сигнала.

На рисунке 4.2 показан параметрический измерительный преобразователь в составе неравновесных измерительных мостов.

1- 4 - четыре преобразователя, из которых 1- первичный; 5- источник питания; 6 и 7-повторители (масштаб.усил.) с высоким входным сопротивлениям; 8-устройство деления.

Рисунок 3.2 - Параметрический измерительный преобразователь в составе неравновесных измерительных мостов.

Вопрос №41

Требования к датчикам.

Ответ:

Датчики системы физиологических измерений должны обладать целым рядом специальных качеств. Независимо от особенностей конкретных технических реализаций они должны обеспечивать:

- получение устойчивого информативного сигнала;

- минимальное искажение полезного сигнала;

- максимальную помехозащищенность;

- удобство размещения в необходимом для измерения месте;

- отсутствие побочного — раздражающего или другого действия на организм;

- возможность стерилизации (без изменения характеристик) и многократного использования.

Кроме этого, датчики должны быть по возможности миниатюрными, конструктивно удобными для размещения и фиксации, не иметь острых и выступающих краев, не содержать жидких и полужидких элементов (спирт, масло), по возможности не потреблять энергию и не оказывать энергетического воздействия на объект исследования. Важное значение имеет способ соединения датчика с усилительной аппаратурой. Для обеспечения длительных измерений выводы-контакты датчика соединяются с системой отводящих проводов путем пайки. Для датчиков периодического действия используются миниатюрные встроенные разъемы. В последние годы начинают разрабатываться датчики-передатчики. Это устройства, содержащие собственно датчики, усилители и передатчик, который обеспечивает ретрансляцию на необходимые расстояния.

При разработке и выборе биомедицинских датчиков необходимо учитывать прежде всего параметры контролируемого физиологического процесса, а также особенности условий применения. Основными параметрами, характеризующими любой физиологический процесс, с точки разработки датчиков для его контроля являются динамический и частотный диапазоны контролируемых величин.

Значения амплитуд и полос частот анализируемых сигналов при различных методах электрофизиологических исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1.– Электрофизиологический метод

Параметр	ЭКГ	ЭЭГ	ЭМГ	ЭОГ	КГР
Амплитуда, мВ	0,1–5,0	0,02–0,3	0,01–1,0	0,02–2	1–100
Частота, Гц	0,01–2000	0,1–2000	1–10 000	0–30	0,05–10

В настоящее время Госстандартами стран СНГ проводится активная работа по приведению требований безопасности республиканских стандартов в соответствие с международными требованиями. При этом под безопасностью измерительного оборудования (в том числе датчиков) понимается свойство сохранять при выполнении заданных функций в определенных условиях в течение установленного времени состояние, при котором исключено или снижено до допустимых значений воздействие вредных и опасных факторов на обслуживающий персонал, а также окружающую среду.