Датчик

Да́тчик — конструктивно обособленное устройство, содержащее один или несколько первичных измерительных преобразователей[2][3]. Датчик предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем[4].
Датчик может дополнительно содержать промежуточные измерительные преобразователи, а также меру. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от устройства, принимающего его сигналы. При нормированном соотношении значения величины на выходе датчика с соответствующим значением входной величины датчик является средством измерений[2].
В настоящее время термины «датчик» и «сенсор» используются как равнозначные для обозначения измерительного преобразователя, выполняющего функции восприятия входной величины и формирования измерительного сигнала, хотя термин «сенсор» акцентирует внимание на восприятии входной величины, а термин «датчик» — на формировании и выдаче измерительного сигнала[5] (данных).
Многофункциональные датчики могут воспринимать и преобразовывать нескольких входных величин, и, помимо основной функции (восприятие величины и формирование измерительного сигнала) выполнять ряд дополнительных функций, таких как функции фильтрации, обработки сигналов и т. п.[5]
Датчики широко используются в научных исследованиях, испытаниях, контроле качества, телеметрии, системах автоматизированного управления и в других областях деятельности и системах, где требуется получение измерительной информации.
Общие сведения[править | править код]
Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.
Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.
Применение датчиков[править | править код]
Датчики используются во многих отраслях экономики — добыче и переработке полезных ископаемых, промышленном производстве, транспорте, коммуникациях, логистике, строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении, науке и других отраслях — являясь в настоящее время неотъемлемой частью технических устройств.
В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.
Датчики по своему назначению и технической реализации являются средствами измерения (как и измерительный прибор). Однако показания измерительных приборов воспринимаются человеком, как правило, напрямую (посредством дисплеев, табло, панелей, световых и звуковых сигналов и пр.), в то время как показания датчиков требуют преобразования в форму, в которой измерительная информация может быть воспринята человеком. Датчики могут входить в состав измерительных приборов, обеспечивая измерение физической величины, результаты которого затем преобразуются для восприятия оператором измерительного прибора.
В автоматизированных системах управления датчики могут выступать в роли инициирующих устройств, приводя в действие оборудование, арматуру и программное обеспечение. Показания датчиков в таких системах, как правило, записываются на запоминающее устройство для контроля, обработки, анализа и вывода на дисплей или печатающее устройство. Огромное значение датчики имеют в робототехнике, где они выступают в роли рецепторов, посредством которых роботы и другие автоматические устройства получают информацию из окружающего мира и своих внутренних органов.
В быту датчики используются в термостатах, выключателях, термометрах, барометрах, смартфонах, посудомоечных машинах, кухонных плитах, тостерах, утюгах и другой бытовой технике.
Классификация датчиков[править | править код]
Различные источники дают различные классификации датчиков, в частности[5]:
- По методу измерения (виду входных величин)
- Активные (генераторные)
- Пассивные (параметрические)
- По динамическому характеру сигналов преобразования
- Дискретные (дискретное представление в виде импульсной последовательности)
- Непрерывные (в виде непрерывного процесса)
- По виду измерительных сигналов
- По среде передачи сигналов
- Проводные
- Беспроводные
- По количеству входных величин
- Одномерные
- Многомерные
- По количеству измерительных функций
- Однофункциональные
- Многофункциональные
- По количеству преобразований энергии и вещества
- Одноступенчатые
- Многоступенчатые
- По наличию компенсационной обратной связи
- Компенсационные
- Некомпенсационные
- По взаимодействию с источниками информации
- Контактные
- Бесконтактные (дистанционного действия)
- По принципу действия
- Волоконно-оптические
- Оптические датчики (фотодатчики)
- Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла)
- Пьезоэлектрический датчик
- Тензопреобразователь
- Ёмкостной датчик
- Потенциометрический датчик
- Индуктивный датчик
- По технологии изготовления
- Элементные
- Интегральные
- По измеряемому параметру
- Датчики давления
- абсолютного давления
- избыточного давления
- разрежения
- давления-разрежения
- разности давления
- гидростатического давления
- Датчики расхода
- Уровня
- Поплавковые
- Кондуктометрический
- Ёмкостные
- Радарные
- Ультразвуковые
- Температуры
- Датчик концентрации
- Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений)
- Перемещения
- Положения
- Фотодатчики
- Датчик углового положения
- Датчик вибрации
- Датчик виброускорения (акселерометр)
- Датчик виброскорости (велосиметр)
- Датчик виброперемещения (проксиметр)
- Датчик механических величин
- Датчик влажности
- Датчик дуговой защиты
См. также[править | править код]
Примечания[править | править код]
- ↑ LiDAR vs. 3D ToF Sensors — How Apple Is Making AR Better for Smartphones . Дата обращения: 3 апреля 2020. Архивировано 3 апреля 2020 года.
- ↑ 1 2 ГОСТ Р 8.673-2009 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Датчики интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Основные термины и определения
- ↑ Датчик // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — 707 с. — 100 000 экз.
- ↑ ГОСТ Р 51086-97. Датчики и преобразователи физических величин электронные
- ↑ 1 2 3 Перспективные направления в приборостроении. Ч. 1. Измерительные преобразователи: конспект лекций Архивная копия от 20 февраля 2020 на Wayback Machine / С. В. Левин, В. Н. Хмелёв; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. — Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. 187 с.
Ссылки[править | править код]
- Датчики: Справочное пособие / В. М. Шарапов, Е. С. Полищук, Н. Д. Кошевой, Г. Г. Ишанин, И. Г. Минаев, А. С. Совлуков. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с.
- Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
- Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
- Capacitive Position/Displacement Overview (недоступная ссылка)
- M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
- C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
- Sensors — Open access journal of MDPI
- M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
- Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
- Wireless hydrogen sensor
- Sensor circuits
- Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
- Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
- Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
- ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».