27. Цифровые датчики. Кодирование. Оптические генераторы приращений.
(PS: собственная интерпретация ответа… не нашел ничего лучшего).
Цифровым выходом оснащаются высокотехнологичные датчики расстояния, измерители угловых перемещений (энкодеры), лазерные сканеры, системы промышленного зрения и т.п., которые преобразуют соответствующую изменяющуюся физическую величину в последовательность импульсов определенного формата. Цифровой выход полезен для производственных линий высокой степени автоматизации и интеграции.
Одним из примеров цифровых датчиков служат тензодатчики, которые могут быть определенным образом размещены на исследуемом объекте и проводным или беспроводным образом связываться с компьютером или считывающим устройством. Удобство цифровых датчиков связано с тем, что их сигналы можно обрабатывать на компьютере, что упрощает, ускоряет процесс обработки данных и увеличивает точность этих данных.
Кодирование. Информация, которую воспринимает и обрабатывает вычислительная машина, должна поступать в виде двоичного кода. Таким образом, сигнал измерительной информации должен быть переведен в цифровой вид. Для описания принципа кодирования обратимся к графику. На нем изображен некий сигнал, изменяющийся во времени. Параметры кодирования определяются интервалом, через который производится замер (сохранение значения величины в виде кода) и разрядом кода. Нужно помнить, что в двоичном коде нет дробных чисел, поэтому количество разрядов, т.е. делений на оси ординат напрямую зависит от необходимой точности (точность кодирования – 0,5 разряда).
В данном случае разрядность 2n = 23. Т.е. выделяется 8 точек по оси ординат, верхняя соответствует максимальному сигналу на графике (если заранее невозможно прикинуть его величину, то берется с запасом), а нижняя - минимуму или нулю.
Таблица кода для данного случая будет выглядеть так:
|
№ |
код |
||
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
2 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
1 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
1 |
1 |
|
5 |
1 |
1 |
0 |
|
6 |
1 |
1 |
0 |
|
7 |
1 |
0 |
0 |
|
8 |
0 |
1 |
1 |
|
9 |
0 |
1 |
1 |
|
10 |
0 |
1 |
1 |
Далее такой код обрабатывается с помощью программных средств и переводится в привычный для пользователя формат графика. Точность воспроизведения его на мониторе (бумаге) будет зависеть от заданного разряда. Если построить график по приведенной выше таблице, то он будет достаточно сильно отличаться от реального за счет малого числа разрядов и, следовательно, не высокой точности.
28. Оптоволоконные средства измерений
Волоконно-оптические кабели, предназначенные для передачи информации, могут также использоваться в качестве чувствительных элементов распределенных систем измерения температуры, давления, вибраций
и др. видов воздействий и физических величин. Основными преимуществами таких систем являются возможность работать без подвода электроэнергии, невосприимчивость к электромагнитным помехам, высокая чувствительность и малые размеры. Более того, использование стандартных волоконно-оптических элементов и кабелей, используемых в телекоммуникациях, обеспечивает сравнительно невысокую стоимость этих сенсоров. В лаборатории волоконной оптики института автоматики и электрометрии СО РАН в 2007-2009 годах велась работа по созданию
новой элементной базы, а также разработка и оптимизация импульсных лазерных источников и приемников излучения для оптоволоконных сенсорных систем распределенного типа. В результате этих работ были созданы следующие принципиально новые приборы:
а) высокоэффективный спектральный фильтр для разделения стоксовой и антистоксовой компонент рамановского рассеяния. Применение таких фильтров в системах измерения температуры позволит отказаться от
дорогостоящих фотодетекторов, и одновременно с этим увеличить точность и частоту измерения температуры.
б) унифицированный импульсный источник лазерного излучения, который при незначительных изменениях может использоваться как в системе измерения температуры, так исистеме детектирования внешних воздейст-
вий. Использование унифицированного источника позволит значительно снизить издержки при доработке прототипов и производстве систем. Также стоит отметить, что оптимизация характеристик лазера произво-
дилась с учетом результатов последних исследований по распространению коротких оптических импульсов в волокне, проведен-ных нашей командой в 2008 г.
в) использование новых компонент и приборов позволило создать сенсорные системы, имеющие ряд принципиальных отличий и преимуществ по сравнению с известными ранее.