МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(государственный технический университет)

В.И. БУСУРИН, В.А. МОЖАЕВ, В.М. ШЕЛЕНКОВ

СЕНСОРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

(под общ. ред. проф. д.т.н. В.И. Бусурина)

Допущено Учебно-методическим объединением

высших учебных заведений Российской Федерации

по образованию в области авиации, ракетостроения

и космоса в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений РФ,

обучающихся по направлению подготовки

дипломированного специалиста 160400

«Системы управления и навигация»

и специальности 160403

«Системы управления летательными аппаратами»

Москва Издательство маи

2011

УДК 621.38

ББК 32.85

Б 60

Б 60 Бусурин В.И., Можаев В.А., Шеленков В.М.

Сенсорные технологии: Учебное пособие. Под общ. ред. проф. д.т.н. В.И. Бусурина –М.: Изд-во МАИ, 2011. – 89 с.: ил.

ISBN 5-06-004428-9

В учебном пособии излагаются физическо-теоретические основы функционирования современных и традиционных первичных преобразователей физических величин, обычно используемых в системах автоматического управления летательными аппаратами, приводятся их математические модели, применяемые при автоматизированном анализе систем управления. Рассмотрены вопросы построения и функционирования основных вариантов измерительных схем, обеспечивающих требуемые характеристики датчиков. Освещены вопросы практического применения сенсорных устройств.

Для студентов технических вузов.

Рецензенты:

кафедра «Электронная автоматика и авиационные тренажёры» Военного учебно-научного центра «ВВА имени профессора Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина»;

проф., д.т.н. Зайцев А.В. (Военная академия РВСН имени Петра Великого).

ISBN 5-06-004428-9 (с) Московский авиационный институт

(государственный технический университет), 2011

(с) Бусурин В.И., Можаев В.А., Шеленков В.М., 2011

Глава 1. Введение

1.1. Основные понятия о первичных преобразователях сигналов

В самом общем случае система автоматического управления включает объект управления (ОУ) и регулятор (рис.1.1). Текущее состояние ОУ характеризуется множеством различных физических параметров – взаимное расположение подвижных частей, их линейные и угловые координаты, скорости и ускорения; температуры в различных функциональных блоках; уровень и расход различных жидкостей и т.п.

Рис. 1.1

Значения этих параметров влияют на характеристики объекта в целом. Но кроме этих, внутренних параметров, поведение ОУ в большой степени зависит от внешних условий, например, давления, температуры, влажности, пространственного положения объекта и характеристик его изменения.

Чтобы управление ОУ обладало необходимым качеством, алгоритм управления, реализуемый регулятором, должен учитывать множество различных внутренних и внешних параметров, в том числе, управляющих воздействий. Эти параметры имеют различную физическую природу. Для реализации алгоритма регулятором, информация о численных значениях разнородных параметров должна быть представлена в единой форме, и иметь однотипный физический носитель (электрический ток, оптическое излучение, давление жидкости или газа и др.).

В наше время наибольшее распространение получают электронные регуляторы. Это означает, что информация о величинах входных параметров регулятора должна иметь единую форму электрического сигнала. Например, уровень напряжения постоянного тока.

Задачу преобразования различных физических величин в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования и хранения решают первичные преобразователи, или датчики (см. рис. 1.1). В общем случае, датчик объединяет чувствительный элемент (сенсор), входной и выходной преобразователи.

Преобразуемая физическая величина непосредственно воздействует на чувствительный элемент. Чувствительные элементы по типам реакции делят на генераторные и параметрические. Генераторный чувствительный элемент при внешнем воздействии вырабатывает электрический сигнал. Если внешнее воздействие изменяет какой-либо параметр, характеризующий состояние чувствительного элемента, то это – параметрический чувствительный элемент. В качестве выходных параметров рассматривают:

-механические (перемещение, деформация, давление);

-электрические (сопротивление, индуктивность, ёмкость);

-магнитные (магнитное сопротивление, индуктивная связь) свойства чувствительного элемента.

Мощность выходного сигнала чувствительного элемента генераторного типа не может превышать мощности входного воздействия. Если эта мощность мала для дальнейшего использования, то выходной сигнал усиливается в выходном блоке.

Как правило, параметрические чувствительные элементы для работы используют дополнительные источники энергии и в усилении мощности выходного сигнала не нуждаются.

Обычно желательно иметь выходной сигнал датчика в электрической форме. Некоторые входные физические воздействия легко преобразуются в электрический сигнал (например, перемещение), другие –нет (например, расход газа). В сложных случаях, в датчиках последовательно включают два и больше чувствительных элементов таким образом, что замыкающий чувствительный элемент легко преобразует воздействие в электрический сигнал. Например, в датчике расхода газа последовательность преобразований может быть такой: расход газа  скорость вращения крыльчатки в потоке  скорость вращения рамки с проводом в постоянном магнитном поле  электродвижущая сила электромагнитной индукции (рис. 1.2).

Рис. 1.2