Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Звонарев Е. Коммерческая классификация датчиков физических величин

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.03.2016

Размер:

281 Кб

Скачать

☆

КОММЕРЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Евгений Звонарев, технический консультант, ЗАО «КОМПЭЛ»

ДАТЧИКИ

Цель статьи — познакомить читателя с широким разнообразием дат+

тимальные

äëÿ

российских

условий

чиков и преобразователей, областями их применения и направления+

датчики такого типа выпускаются фир-

ми развития. В этой вводной статье дана краткая коммерческая класси+

мой Hoheywell (см. статью Александра

фикация датчиков и ссылки на материалы тематической части номера.

Зыбайло «Датчики влажности»).

Датчики газа и детекторы наличия

газа наиболее широко применяются в

В автоматическом полете ракетно-

— по сервисным функциям, кото-

бытовых детекторах утечки природно-

го комплекса «Энергия — Буран» об-

рые определяются наличием преобра-

го газа в домах, оборудованными газо-

щее число телеметрируемых парамет-

зователя, методом и алгоритмом обра-

выми плитами или газовыми система-

ров превышало 11000. Единственным

ботки измеряемого параметра, воз-

ми отопления во многих странах. В

источником этой информации явля-

можностью автоматической калибров-

промышленности

невозможно обой-

ются датчики. Даже краткое перечис-

ки, типом интерфейса для передачи

тись без детекторов взрывоопасных га-

ление их основных параметров и тре-

данных контроллеру и другими осо-

зов (метан, пропан, водород), детекто-

бований к ним показывает, что невоз-

бенностями;

ров токсичных газов (угарный газ, ам-

можно говорить о выборе какого-то

— по технологии изготовления (по-

миак). Подробнее о датчиках газа — в

универсального метода преобразова-

лупроводниковые,

микромеханические

статье Натальи Игнатьевой «Датчики

ния или единого принципа построе-

датчики MEMS — Micro Electro

газа фирмы Figaro».

ния датчиковой аппаратуры, настоль-

Mechanical System, iMEMS — integrat-

Датчики давления — один из наи-

ко различны цели, которых необхо-

ed MEMS, оптоволоконные, электро-

более распространенных типов датчи-

димо достичь в процессе создания тех

механические, электрохимические);

ков. Их нельзя заменить неспециали-

или иных типов датчиков (подробнос-

— ïî

конструктивному

исполне-

зированными приборами. На российс-

ти — в статье Евгения Мокрова «Дат-

нию (бескорпусные, в металлическом

êîì

рынке

сложился устойчивый

÷èêè

и преобразующая

аппаратура

корпусе, пылезащищенные).

спрос на определенный ряд моделей

ÍÈÈ

Физических

Измерений для

Обзорный перечень широкого спект-

(от самых простых до прецизионных).

авиационно-космической техники и

ра датчиков представлен ниже.

Основные области применения датчи-

других отраслей народного хозяй-

Акустические датчики преобразу-

ков давления — системы промышлен-

ства» в этом номере журнала).

ют звуковые или ультразвуковые ко-

ной автоматики, водопровод, силовые

Большое количество

разнообраз-

лебания

электрический

сигнал.

гидроприводы (подробнее см. статьи

ных датчиков используется в совре-

В охранных системах реагируют на

Андрея Абрамова и Дмитрия Панфи-

менных автомобилях, самолетах, из-

звук разбиваемого стекла. Их уста-

ëîâà

«Интеллектуальные

системы

делиях бытовой электроники и техни-

навливают на стену или потолок воз-

контроля давления воздуха в шинах»,

ке специального назначения.

ëå

îêíà.

Примером

акустического

Татьяны Кривченко, Ильи Чепурина

Датчики — это устройства, преоб-

датчика может служить всем извест-

«Полупроводниковые датчики компа-

разующие входной сигнал или физи-

ный микрофон. Ультразвуковые дат-

нии Моторола» и Александра Зыбай-

ческое воздействие

в электрический

чики обычно используются в эхолока-

ло «Датчики давления»). Разновид-

сигнал. Обычно под термином «дат-

торах для измерения расстояний.

ности и преобразователей физических

чик» подразумеваются два взаимосвя-

Биометрические датчики

выдают

величин перечислены ниже.

занных блока — чувствительный эле-

разрешающие сигналы или коды рас-

Датчики изображения (или прием-

мент (сенсор) и преобразователь. Су-

познавания при определенной степени

ники изображения) преобразуют изоб-

ществует большое разнообразие датчи-

совпадения отпечатка пальца, сетчатки

ражение (монохромное или цветное) в

êîâ,

используемых

äëÿ

измерения

или радужной оболочки глаза. Харак-

электрические сигналы. До недавнего

только одного какого-нибудь парамет-

терный пример — использование та-

времени по технологическим и эконо-

ра. Количество измеряемых парамет-

ких датчиков в системах управления

мическим соображениям на этом рын-

ров и физических величин тоже нема-

по движению глаз оператора. Все раз-

ке преобладали приборы с зарядовой

ло. Это приводит к очень большому

новидности

биометрических

датчиков

связью (ПЗС). Однако они постепен-

количеству типов датчиков и преобра-

можно без сомнения отнести к интел-

но освобождают часть рынка устрой-

зователей,

которые

можно разделить

лектуальным (подробнее см. ниже).

ствам, выполненным по традиционной

на классы по следующим признакам:

Датчики вибрации — чувствитель-

КМОП-технологии, что существенно

— ïî

измеряемому

параметру

ны к вибрации поверхности, на кото-

снижает стоимость производства и

(давление,

температура,

магнитное

ðîé

установлены. Срабатывают при

позволяет реализовать обработку ви-

ïîëå è ò.ï.);

попытке открыть окно, дверь сейфа.

деосигнала непосредственно на крис-

— по принципу действия (акусти-

Устанавливаются

íà

рамы, стены,

талле приемника изображения. Кроме

ческие, вибрационные, дымовые, теп-

двери, крыши.

того, КМОП-датчики изображения

ловые, индуктивные, емкостные, пье-

Датчики влажности применяются в

потребляют меньше энергии. Основ-

зоэлектрические);

складских

помещениях, в

системах

ное применение КМОП-датчиков —

— по применению (датчики авто-

централизованного управления клима-

рынок бытовой техники (видеокамеры

мобильные, охранные, общепромыш-

òîì,

ïðè

контроле

технологических

для мобильных телефонов, фотокаме-

ленного назначения);

процессов, в медицинской технике. Оп-

ры, Web-камеры). Одно из перспек-

«Электронные компоненты» ¹2’ 2003

ДАТЧИКИ

ДАТЧИКИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Датчики акустические (звуковые и ультразвуковые)

Датчики биометрические (по отпечатку пальца, по сетчатке и радужной оболочке глаза ...)

Датчики вибрации Датчики влажности

Датчики воздушного потока Датчики волоконно-оптические (оптоволоконные) Датчики вращения, угла (энкодеры)

Датчики высоты Датчики газа и детекторы наличия газа Датчики давления

Датчики давления абсолютные Датчики давления вакуумные Датчики давления дифференциальные Датчики давления медицинские Датчики давления интегрированные

Датчики давления некомпенсированные Датчики давления относительные (сравнительные) Датчики давления термокомпенсированные и калиброванные

Датчики движения Датчики износа тормозов для автотранспорта

Датчики изображения (приемники изображения) - монохромные и цветные

Датчики изображения, выполненные по КМОП-технологии (CMOS)

Датчики изображения на основе ПЗС (приборов с зарядовой связью )

Датчики изображения других типов Датчики инерциальные Датчики интеллектуальные

Датчики интеллектуальные для контроля давления в автошинах

Датчики интеллектуальные температурные (регистраторы) Датчики интеллектуальные температурные (цифровые

термометры)

Датчики интеллектуальные с радиочастотным интерфейсом Датчики интеллектуальные для измерения и регистрации других физических величин

Датчики инфракрасного излучения Датчики ионные

Датчики комбинированные (мультисенсорные, например, дымовой + тепловой в одном)

Датчики крена и угловые датчики в вертикальной плоскости (инклинометры)

Датчики магнитного поля Датчики магнитные Датчики магниторезистивные

Датчики микроволновые (СВЧ датчики-радары)

Датчики iMEMS (integrated Micro Electro Mechanical System) Датчики iMEMS (integrated Micro Electro Mechanical System) -

гироскопы

Датчики MEMS (Micro Electro Mechanical System - микроэлектромеханических систем)

Датчики МСТ (на базе микросистемотехнических устройств) Датчики объема бесконтактные (трехмерные)

Датчики оптические Датчики охранные

Датчики биометрические Датчики дыма и тревожной сигнализации

Датчики магнитоконтактные (магнит + геркон) Датчики обнаружения

Датчики охранно-пожарной сигнализации Датчики пироэлектрические инфракрасные Датчики разбития стекла Датчики системы охраны периметра Датчики охранные других типов

Датчики пламени Датчики положения (позиционирования)

Датчики положения бесконтактные Датчики положения емкостные Датчики положения индуктивные Датчики положения индукционные Датчики положения конденсаторные Датчики положения контактные

Датчики положения контроля линейных перемещений Датчики положения лазерные Датчики положения магниторезистивные (магниточувствительные)

Датчики положения на основе бесконтактных потенциометров Датчики положения на основе эффекта Холла со встроенным магнитом

Датчики положения на основе эффекта Холла с цифровым выходом Датчики положения оптические

Датчики положения фотоимпульсные Датчики положения электромеханические Датчики положения других типов

Датчики потенциометрические (контактные и бесконтактные) Датчики приближения (емкостные, индуктивные, ультразвуковые) Датчики пульса (частоты сердечных сокращений)

Датчики пьезорезистивные Датчики пьезоэлектрические

Датчики пьезоэлектрические - пьезогироскопы Датчики удара пьезоэлектрические Датчики ультразвука пьезоэлектрические

Датчики радиоактивности Датчики расхода газа или жидкости (расходомеры) Датчики сжатия и растяжения Датчики силы давления для весов Датчики скорости

Датчики температуры (термометры) Датчики температуры биметаллические Датчики температуры инфракрасные

Датчики температуры на основе термопары Датчики температуры полупроводниковые Датчики температуры - термопредохранители Датчики температуры терморезисторные

Датчики тензометрические Датчики тока (постоянного, переменного, импульсного - контактные и бесконтактные)

Датчики угла наклона и угловой скорости - гироскопы (см. Датчики iMEMS - гироскопы)

Датчики удара (шок-сенсоры) Датчики ультрафиолетового излучения Датчики уровня жидкости Датчики усилия

Датчики ускорения (акселерометры) Датчики фотоэлектрические (фотодатчики) Датчики частоты вращения (для тахометров) Датчики Холла Датчики электрического потенциала

Датчики электрохимические

тивных направлений —	применение	ла», Анатолия Юдина «Сенсоры ком-	роллер может и непосредственно вхо-
КМОП-датчиков изображения в авто-		пании STMicroelectronics» и в статье	дить в состав преобразователя сигна-
мобильной электронике	(камеры	Дмитрия Юровских «Твердотельные	ла датчика. Некоторые датчики этого
внешнего обзора и заднего вида, наб-		датчики изображения».	типа могут быть полностью автоном-
людение за обстановкой в салоне авто-		Интеллектуальные датчики имеют	ными и сохранять измеренные значе-
буса или фургоне автомобиля). Под-		в своем составе аналого-цифровой	ния в течение гарантированного сро-
робности — в статьях Татьяны Крив-		преобразователь, интерфейс для об-	ка работы (в течение 10 лет и более)
ченко, Ильи Чепурина «Полупровод-		мена данными с микроконтроллером	благодаря встроенному литиевому ис-
никовые датчики компании Моторо-		или микропроцессором. Микроконт-	точнику питания. Перспектива разви-
Òåë.: (095) 925-6047	http://www.elcp.ru

ДАТЧИКИ

тия датчиков — оснащение их радио-

дони вероятность ошибки распознава-

частотным интерфейсом для связи с

ния практически равна нулю.

другими

средствами

автоматики,

òî

Датчики iMEMS (integrated Micro

есть создание беспроводных интел-

Electro

Mechanical

System),

MEMS

лектуальных датчиков. Для этого ис-

(Micro

Electro Mechanical

System),

пользуются разные методы разделе-

датчики МЭМС (технология микро-

ния радиоканалов: кодовый, времен-

электромеханических систем),

датчи-

ной и частотный. Большой интерес

ки МСТ (на базе микросистемотехни-

вызывают датчики, передающие сиг-

ческих устройств). Сейчас МЭМС-

íàë

ïî

беспроводной

радиосети

технология развивается ускоренными

Bluetooth с высокой пропускной спо-

темпами. Кроме уже достаточно хоро-

собностью. Использование для этих

шо известных акселерометров для сис-

целей GSM-модемов обеспечивает

тем управления воздушными подуш-

беспроводную

передачу

данных

íà

êàìè

безопасности

автомобилях,

любое расстояние в зоне действия се-

многие фирмы концентрируют усилия

ти GSM. При этом не требуется ника-

на МЭМС-устройствах для телеком-

êîé

переделки

èëè

перенастройки

муникаций и медицины. Практически

системы. Это очень удобно при уста-

каждая новая модель современного ав-

новке такого оборудования на мо-

томобиля оснащается МЭМС-датчика-

бильные объекты.

ми. Это датчики давления в трубопро-

Распространенная причина автока-

водах

двигателя,

датчики

ускорения

тастроф — снижение давления в одной

(МЭМС-акселерометры), которые ис-

из шин. Это особенно опасно при дви-

пользуются в активных системах под-

жении с высокой скоростью. С 2004 г.

вески, противоугонных системах, дат-

все продаваемые новые автомобили на

чиках удара (шок-сенсорах) для уп-

территории США должны быть обору-

равления подушками

безопасности.

дованы

системой контроля давления

В 2002 г. впервые в мире были произ-

воздуха в шинах. Она реализуется с

ведены

интегральные

гироскопы на

использованием интеллектуальных дат-

базе технологии iMEMS. Это един-

чиков давления, расположенных внут-

ственное на сегодня коммерчески дос-

ри автомобильного колеса. Информа-

тупное устройство, интегрирующее на

ция от датчика передается по беспро-

одном

кремниевом

кристалле

датчик

водному каналу связи и отображается

угловой скорости и схему предвари-

на приборной панели водителя. Под-

тельной обработки сигнала. Гироскоп

робно на эту тему — в статье Андрея

любого принципа действия — это до-

Абрамова и Дмитрия Панфилова «Ин-

рогостоящее устройство. Низкая стои-

теллектуальные системы контроля дав-

мость

датчиков

угловой

скорости

ления воздуха в шинах». О наиболее

iMEMS, не превышающая нескольких

интересных типах интеллектуальных

десятков долларов, ставит их в обо-

датчиках рассказано в статьях Андрея

собленное положение среди других ти-

Бондаренко и др. «Бытовые счетчики

пов гироскопов. Высокая надежность,

тепла — перспектива ближайшего вре-

встроенная система полного автотести-

мени», Эммануила Ицкович «Совре-

рования, устойчивость к ударам и виб-

менные датчики и тенденции их разви-

рации расширяет область применения

тия», Татьяны Кривченко и Ильи Че-

таких изделий. Сигнал с гироскопа

пурина «Полупроводниковые датчики

iMEMS можно использовать для по-

компании Моторола», Анатолия Юди-

вышения точности и надежности сис-

на «Сенсоры компании STMicroelectro-

òåì

позиционирования

навигации

nics», Вадима Шатилова и Виктора

(GPS), для стабилизации подвижных

Алексеева «Беспроводные системы сбо-

систем автомобилей, самолетов, робо-

ра и обработки сигналов датчиков на

тов, промышленного оборудования и

áàçå

микроконвертора

ADuC831

во многих других областях. Подробно

GSM-модема фирмы Wavecom», Евге-

об этих интересных и перспективных

ния Звонарева «Измеряя температуру

устройствах — в статьях Алексея Вла-

MAXIMом и DALLASом» и других

сенко

«Интегральные гироскопы

статьях этого номера журнала.

iMEMS —датчики

угловой

скорости

Комбинированные датчики — два

фирмы Analog Devices», Ольги Мил-

в одном (иногда даже три в одном).

лер и Юрия Потапова «Универсаль-

Например, дымовой и тепловой. Такое

ная среда для проектирования ком-

сочетание снижает вероятность лож-

мерческих MEMS-устройств» и Нико-

ной тревоги — датчик выдает сигнал

лая Шелепина «Датчики и микросис-

только при одновременном срабатыва-

темы на базе технологии производства

нии обеих частей. А ведь дыма без ог-

микросхем».

ня не бывает. Разработаны комбини-

Бесконтактные

датчики

объема

рованные датчики для идентификации

фиксируют перемещение предмета в

личности. Например, при использова-

замкнутом пространстве. По принци-

нии цифрового пароля и рисунка ла-

пу действия подразделяются на ульт-

развуковые, микроволновые и инфракрасные. Недавно фирмой Моторола представлены новые трехмерные датчики объема. Принцип их действия основан на измерении пространственного заряда в электромагнитном поле, которое создается внешними электродами. Если в это поле поместить какой-либо объект, то по изменению пространственного заряда можно не только создать трехмерный образ объекта, но и наблюдать за его перемещением. Подробнее об этом в статье Татьяны Кривченко и Ильи Чепурина «Полупроводниковые датчики компании Моторола».

Охранные датчики по принципу действия подразделяются на следующие типы:

—акустические;

—вибрационные;

—тепловые — сигнализируют о повышении температуры в помещении;

—датчики дыма — реагируют на задымление;

—комбинированные (они уже рассматривались в данной статье);

—датчики пироэлектрические инфракрасные применяются для определения присутствия и положения теплокровных объектов, нагретых предметов и очагов пламени. Японская фирма Murata разработала уникальную технологию производства ИК-датчиков на основе пироэлектрической керамики, отличающихся высокой чувствительностью и стабильностью параметров. Подробнее о пироэлектрических дат- чиках — в статье Натальи Игнатьевой «Пироэлектрические инфракрасные датчики фирмы Murata».

Датчики положения (позиционирования). Определение пространственного положения предметов и движущихся деталей механизмов — часто возникающая задача при автоматизации производства. Типы датчи- ков для этих целей систематизированы и информативно представлены в статьях Александра Зыбайло и Натальи Игнатьевой «Датчики положения», Юрия Туманцева «Датчики контроля положения фирмы Balluff», Александра Швецова «Простые и недорогие решения некоторых задач контроля и управления».

Пьезоэлектрические датчики. Выпускается большое количество типов пьезоэлектрических датчиков. Среди них — пьезоэлектрические гироскопы, датчики удара, ультразвука и электри- ческого потенциала. В основе работы пьезоэлектрических датчиков лежит принцип прямого или обратного пьезоэлектрического эффекта. При механи- ческом воздействии на пьезоэлемент на его выводах возникает электрический

«Электронные компоненты» ¹2’ 2003

ДАТЧИКИ

потенциал, пропорциональный приложенному усилию. При подаче напряжения на пьезоэлемент происходит его деформация пропорционально приложенному напряжению. Подробнее — в статье Натальи Игнатьевой «Пьезоэлектрические датчики фирмы Murata».

Датчики температуры, цифровые термометры, термостаты позволяют максимально упростить измерения благодаря прямому преобразованию температуры в цифровой код без использования дополнительных внешних АЦП. Заводская настройка и встроенная коррекция нелинейности обеспечи- вают гарантированную точность измерения без подстройки и дополнительной регулировки. Во многих случаях требуется вести температурный мониторинг сразу в нескольких точках. Обычно для этого достаточно исполь-

зовать требуемое количество недорогих интеллектуальных температурных дат- чиков и всего один микроконтроллер или компьютер. Фирма Maxim Integrated Products производит и полностью автономные температурные интеллектуальные регистраторы — термохроны (или Termochron iButtonTM). Подробнее о применениях приборов для измерения температуры — в статьях Андрея Бондаренко и др. «Бытовые счетчики тепла — перспектива ближайшего времени», Анатолия Юдина «Сенсоры компании STMicroelectronics», Евгения Звонарева «Измеряя температуру MAXIMом и DALLASом».

Датчики ускорения (акселерометры). Основой полупроводниковых акселерометров фирмы Motorola служит емкостной чувствительный элемент и интегрированная на кристалле

схема измерения, выполненная по КМОП-технологии. Подробнее — в статье Татьяны Кривченко и Ильи Чепурина «Полупроводниковые дат- чики компании Моторола».

Конечно, в данном обзоре невозможно охватить все существующие типы датчиков. Такая цель и не ставилась. «Нельзя объять необъятное», — говорил Козьма Прутков. Но хочется надеяться, что навигатор по датчикам и статьи в этом номере журнала «Электронные компоненты» (и не только в этом) помогут выбрать читателю необходимые ему приборы или просто расширить свой кругозор по данной теме.

ЗАО «КОМПЭЛ» Факс: (095) 929-9356 или (095) 923-6442 E-mail: compel@compel.ru

I События

>> Международная научно-техническая конференция в МГТУ им. Н.Э. Баумана

В МГТУ им. Н.Э. Баумана прошла V международная молодежная научно-техническая конференция «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы-2003», посвященная 65-летию кафедры «Проектирование и технология производства электронной аппарату-

ры» (Иу4) МГТУ им. Н.Э. Баумана. В работе конференции приняли участие молодые ученые, аспиранты и студенты из Санкт-Петербур- га, Москвы, Ярославля, Владивостока, Томска, Киева, Днепропетровска, Саратова, Зеленограда, Винницы, Ростова, Волгограда, Орла, Таганрога и Воронежа, а также учащиеся профильных физико-мате- матических школ МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В ближайших номерах нашего журнала будет опубликована статья о работе кафедры по подготовке молодых специалистов в области электроники.

Òåë.: (095) 925-6047

http://www.elcp.ru

Соседние файлы в папке Литература

#
22.03.2016281 Кб55Звонарев Е. Коммерческая классификация датчиков физических величин.pdf
#
22.03.20162.78 Mб93Зыбайло А. Датчики положения.pdf
#
22.03.2016776.61 Кб58Игнатьева Н. Датчики газа фирмы Figaro.pdf
#
22.03.2016510.11 Кб54Игнатьева Н. Пьезоэлектрические датчики фирмы Murata.pdf
#
22.03.20161.01 Mб49Кривченко Т., Чепурин И. Полупроводниковые датчики компании Motorola.pdf
#
22.03.20161.51 Mб190Парахуда Р.Н., Литвинов Б.Я. Информационно-измерительные системы.pdf