8.9. Перспективы разработки и производства изделий интеллектуальной микросенсорики в Республике Беларусь

В РБ работы по микросенсорам и микросистемным технологиям, в части разработки и организации производства датчиков с элементами обработки информации, получили интенсивное развитие при выполнении Государственной научно-технической программы «Белсенсор» (головное предприятие по программе – УII «Минский НИИ радиоматериалов» [119]. В результате выполнения этих работ подготовлено и освоено производство 12 новых технологий, 38 типов датчиков, 18 типов новых приборов и систем, 6 типов контрольно-метрологических изделий.

Внедрение разработанных датчиков, приборов и систем на их основе осуществлено на 17 предприятиях РБ, среди которых ОАО «Минский приборостроительный завод», завод «Эталон», завод «Измеритель», концерн «Планар», Пружанский завод радиодеталей, АО «Белмедпрепараты» и др.

На период 2000–2005 гг. в рамках ГНТП «Функциональная СВЧ-техника, оптоэлектроника и микросенсорика» представлена подпрограмма «Интеллектуальная микросенсорика». Подпрограмма структурно состоит из четырех разделов: материалы, технологии, микросенсоры и мехатронные устройства, метрологическое обеспечение.

8.10. Примеры реализации «интеллектуализации» датчиков

8.10.1. Датчик давления

Датчик давления МРХ2010 (рис. 8.6) фирмы Motorola предназначен для измерения низких давлений до 10 кПa [120].

Датчик поддерживает следующие функции интеллектуализации:

• различные режимы возбуждения датчика давления;

• программная автокалибровка;

• температурная компенсация; фильтрация шума, усреднение измерений;

• многократное измерение давления с возможностью устранения сбоев;

• программное управление питанием (проверка сбоя); последовательный интерфейс.

Для реализации данной функциональности используется внутренний 8-битовый микроконтроллер МС68НС705Р9. Данный датчик, по существу, является простейшим примером «интеллектуального» датчика с ограниченным набором функций, хотя даже при данной функциональности достигаются большие преимущества по сравнению с его обычным аналогом.

Другим подходом является использование «полуфабрикатов», своеобразных заготовок, обеспечивающих определенные функциональные возможности, но не являющиеся полнофункциональными «интеллектуальными» датчиками.

8.10.2. Датчик объема

2. Микропроцессорный датчик объема VG–61[121] с возможностью дистанционной регулировки чувствительности (рис. 8.7). Микроволновое излучение VG–61 проходит сквозь тонированные и бронированные стекла, причем на приличное расстояние. Кроме того, благодаря новому алгоритму ЦОС, этот сенсор не имеет ложных срабатываний. Изделие обладает энергонезависимой памятью установленных уровней срабатывания.

Основные технические особенности (табл. 8.1) и функциональные возможности:

• цифровой анализ входных воздействий;

• раздельная реакция на слабые и сильные возмущения;

• полуавтоматическая установка уровней срабатывания;

• энергонезависимая память установленных уровней срабатывания;

• световая индикация срабатывания;

• возможность дистанционной регулировки чувствительности.

Таблица 8.1

Основные технические характеристики датчика объема VG-61

Параметр	Значение параметра
Диапазон рабочего напряжения, В	10,5...15
Ток потребления в режиме охраны мА, не более	8
Тип выходных схем	открытый коллектор n-p-n
Длительность выходных сигналов, с:
–предупредительного уровня	0,3
–тревожного уровня	1
Максимальный выходной ток, мА, не более	80
Рабочий диапазон температур, °С	–40...+70

8.10.3. Датчик удара

Микропроцессорный датчик удараSG–202 (рис. 8.8) с полуавтоматической регулировкой чувствительности и возможностью дистанционной регулировки [122]. В отличие от одноуровневых извещателей этот сенсор способен передавать сигналы в блок управления в зависимости от силы удара. Микропроцессорный датчик удара SG–202 обладает полуавтоматической настройкой чувствительности и возможностью дистанционной регулировки. Благодаря цифровому анализу воздействий на кузов автомобиля этот датчик защищен от ложных срабатываний и провокаций со стороны угонщиков. Помимо этого, SG–202 невосприимчив к акустическим возмущениям и внешним силовым электромагнитным полям.

Основные технические особенности (табл. 8.2.) и функциональные возможности:

• цифровой анализ входных воздействий;

• раздельная реакция на слабые и сильные удары;

• полуавтоматическая установка уровней срабатывания;

• энергонезависимая память установленных уровней срабатывания;

• цифровая адаптация к фоновым шумам и вибрациям;

• невосприимчивость к акустическим возмущениям;

• невосприимчивость к внешним электромагнитным полям;

• световая индикация срабатывания;

• возможность дистанционной регулировки чувствительности.

Таблица 8.2

Основные технические характеристики датчика удара SG–202

Тип датчика	электретный конденсаторный микрофон
Диапазон рабочего напряжения, В	10,5...15
Ток потребления в режиме охраны, мА, не более	4
Тип выходных схем	открытый коллектор n-p-n
Длительность выходных сигналов, с:
– предупредительного уровня	0,3
– тревожного уровня	1
Максимальный выходной ток, мА, не более	80
Рабочий диапазон температур, °С	–40...+70

8.10.4. Датчик плотности

Интеллектуальный датчик плотностиKay–Ray 3680 (рис. 8.9) [123].

Он объединяет сцинтилляционный детектор с улучшенными характеристиками с мощью «интеллектуального» датчика во взрывобезопасном корпусе. Поскольку датчик не контактирует с измеряемой средой, то он не подвержен действию давления, вязкости, коррозийных или абразивных веществ. Это исключает необходимость модификации объекта установки и прекращения технологического процесса на время установки.

8.10.4.1. Принцип действия. В основе принципа действия интеллектуального датчика плотности Kay–Ray 3680 лежит технология, основанная на поглощении веществом γ-лучей, что дает возможность контроля изменения плотности вещества в режиме реального времени. Датчик плотности устанавливается на технологической трубе напротив выходного отверстия источника γ-излучения так, что γ-лучи, проходя через трубу, попадают на датчик. Интенсивность проходящего излучения обратно пропорциональна плотности материала находящегося в трубе.

Сцинтилляционный детектор, который находится в датчике, под воздействием γ-лучей излучает фотоны света, которые регистрируются фотоумножителем, работающим в режиме счета импульсов. Количество импульсов с выхода фотоумножителя прямо связано с интенсивностью прошедшего γ-излучения. Обработка, счет и масштабирование импульсов производится встроенным в датчик микропроцессором для получения информации о плотности материала в заданном технологическом режиме.

8.10.4.2. Особенности и преимущества:

• бесконтактный принцип действия обеспечивает применение в условиях наличия коррозийных веществ, высокого давления и температуры;

• интеграция датчика с детектором уменьшает стоимость установки и монтажа;

• точность до ±0,0001 г/см³;

• обладает влагостойкостью и противоударными свойствами;

• допустимый диапазон напряжений 90 – 250 В на переменном токе с частотой 50–60 Гц или 18 – 36 В на постоянном токе. В случае несанкционированного отключения от сети переменного тока прибор автоматически подключается к источнику питания постоянного тока;

• удобный для использования интерфейс на английском языке упрощает процедуру настройки и калибровки посредством HART коммуникатора;

• ПО, обеспечивающее самодиагностику и запись предыстории сигнала тревоги, снижает время необходимое на поиск и устранение неисправностей.

8.10.4.3. Точность. Kay–Ray 3680 использует методику сцинтилляционного детектирования и прецизионную компенсацию дрейфа для обеспечения измерения плотности. Дрейф, обусловленный распадом источника и температурой окружающей среды, пренебрежимо мал, что обеспечивает повышенную точность по сравнению с традиционными системами с использованием кристаллов йодида натрия. Компенсация дрейфа, в сочетании с использованием сцинтилляционного детектора, обеспечивает точность до ±0,0001 г/см³, в зависимости от области калибровки, эталонных данных и конфигурации системы.

8.10.4.4. Надежность. Конструкция Kay–Ray 3680 обеспечивает высокую надежность и долгий срок службы. Жесткий корпус (алюминиевый сплав, покрытый эпоксидной краской) защищает от воды и пыли. Внутренние отделения датчика являются автономными, что обеспечивает доступ к монтажным зажимам в полевых условиях, не подвергая электронную часть системы воздействию внешней среды. Электронные схемы нечувствительны к флуктуациям питающего напряжения в диапазоне, оговоренном техническими условиями. При перерывах в подаче питающего напряжения электронная схема сохраняет данные о конфигурации в постоянной памяти. При восстановлении подачи питания датчик восстанавливает работоспособность.

Электронные схемы датчика Kay–Ray 3680 автоматически подстраиваются практически к любому источнику питания переменного или постоянного тока и переключаются на дублирующий источник питания постоянного тока, когда последний имеется в наличии.

Встроенная в систему возможность адаптивного демпфирования позволяет быстро реагировать на изменения в технологическом процессе. Пользователи могут определять пороговую установку как процентное отношение полномасштабного выходного сигнала к постоянной времени быстрого затухания.

8.10.4.5. Характеристика передачи информации. Датчик Kay–Ray 3680 может работать в режиме запросов. Его можно сконфигурировать на месте, на удалении, или в помещении для контроля, используя либо коммуникатор HART, либо контрольную систему передачи информации с HART-совместимым интерфейсом. Подсказка в экранном режиме, обеспечиваемая HART- совместимым интерфейсом, помогает пользователю работать в режиме запросов и осуществлять конфигурацию. Связь с интерфейсом HART коммуникатора осуществляется через отдельный искробезопасный разъем или через аналоговый контур на 4 –20 мА.