“Спецпрактикум по электронным приборам”

направление 653900 - Биомедицинская техника специальность 200402 - Инженерное дело в медико- биологической практике.

“РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ”

направление 201000 Биотехнические системы и технологии. Биомедицинская инженерия

Доцент Школа Н.Ф.

Тема 2. Датчики: состояние и тенденции развития

Датчики

Датчики - это устройства, преобразующие входной сигнал или физическое воздействие в электрический сигнал.

Существует большое разнообразие датчиков, используемых для измерения только одного какого-нибудь параметра. Количество измеряемых параметров и физических величин тоже немало.

Это приводит к очень большому количеству типов датчиков и преобразователей, которые можно разделить на классы.

Терминология и подход к классификации датчиков

Не существует единой терминологии в мире датчиков. Их называют по разному: сенсор,

чувствительный элемент, измерительный преобразователь (transducer, sensor, pick-up, gauge).

Обычно под термином «датчик» подразумеваются

два взаимосвязанных блока - чувствительный элемент (сенсор) и преобразователь.

Классификационные признаки

•по измеряемому параметру (давление, температура, магнитное поле и т.п.);

•по принципу действия (акустические, вибрационные, дымовые, тепловые, индуктивные, емкостные, пьезоэлектрические);

•по применению (датчики автомобильные, охранные, общепромышленного назначения);

•по сервисным функциям, которые определяются наличием преобразователя, методом и алгоритмом обработки измеряемого параметра, возможностью автоматической калибровки, типом интерфейса для передачи данных контроллеру и другими особенностями;

•по технологии изготовления (полупроводниковые, микромеханические датчики MEMS — Micro Electro Mechanical System, iMEMS — integrated MEMS, оптоволоконные, электромеханические, электрохимические);

•по конструктивному исполнению (бескорпусные, в металлическом корпусе, пылезащищенные).

Возможности и Технология датчиков

•Комбинированные датчики два в одном (иногда даже три в одном). Такое сочетание снижает вероятность ложной тревоги — датчик выдает сигнал только при одновременном срабатывании обеих частей.

Разработаны комбинированные датчики для идентификации личности. Например, при использовании цифрового пароля и рисунка ладони вероятность ошибки распознавания практически равна нулю.

•Интеллектуальные датчики имеют в своем составе аналого-цифровой преобразователь, интерфейс для обмена данными с микроконтроллером или микропроцессором. Микроконтроллер может и непосредственно входить в состав преобразователя сигнала датчика. Некоторые датчики этого типа могут быть полностью автономными и сохранять измеренные значения в течение гарантированного срока работы (в течение 10 лет и более) благодаря встроенному

•Перспектива развития датчиков - оснащение их радиочастотным интерфейсом для связи с другими средствами автоматики, то есть создание беспроводных интеллектуальных датчиков.

Для этого используются разные методы разделения радиоканалов: кодовый, временной и частотный. Большой интерес вызывают датчики, передающие сигнал по беспроводной радиосети Bluetooth с высокой пропускной способностью. Использование для этих целей GSM-модемов обеспечивает беспроводную передачу данных на любое расстояние в зоне действия сети GSM.

•Датчики iMEMS (integrated Micro Electro Mechanical System), MEMS (Micro Electro Mechanical System),

Датчики МЭМС (технология микро электромеханических систем), датчики МСТ (на базе микросистемотехнических устройств).

Сейчас МЭМС-технология развивается ускоренными темпами. Кроме уже достаточно хорошо известных акселерометров для систем управления воздушными подушками безопасности в автомобилях, многие фирмы концентрируют усилия на МЭМС-устройствах для телекоммуникаций и медицины.

Датчики температуры

Все термодатчики, за исключением собранных на ИС, имеют нелинейную зависимость выходного сигнала от

температуры.

В прошлом для корректировки этой нелинейности был

разработан широкий спектр аналоговых схемотехнических решений. Эти схемы зачастую требовали индивидуальной калибровки. Чтобы достичь заданной точности, в них

использовались прецизионные резисторы.

Сегодня, благодаря наличию АЦП с высокой разрешающей способностью, сигналы с датчиков могут

быть оцифрованы непосредственно, без предварительного

усиления и линеаризации. Линеаризация, компенсация напряжения на опорном спае и другая обработка

выполняются затем цифровыми способами, что позволяет

снизить сложность и стоимость системы.