Цифровой датчик что это
Бинарные и цифровые датчики.
Различают три класса датчиков:
— аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;
— цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово;
— бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: «включено/выключено» (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте.
Датчики бинарного типа. Среди датчиков немало таких, которые обнаруживают только переход контролируемой физической величиной определенного порогового значения. Такие датчики называются бинарными, так как их выходной сигнал имеет только одно из двух состояний: включено» или «выключено». Бинарные датчики по принципу действия делятся на контактные и бесконтактные. Первые содержат электромеханический контакт. В большинстве случаев для управления контактом используются переключательные возможности самого датчика. К контактному типу относятся датчики комбинированные, как, например, датчик уровня воды, состоящий из поплавка и микро-выключателя. Выходные сигналы контактных бинарных датчиков сравнительно легко вводятся в микро-ЭВМ.
К бесконтактному типу бинарных датчиков относятся, например, датчики положения, выполненные на основе оптического прерывателя. В датчиках этого типа состояние «включено» или «выключено.» на выходе отражается в виде изменения электрического сигнала, имеющего скорее аналоговый, чем чисто цифровой характер.
Цифровые датчики генерируют дискретные выходные сигналы, например импульсные последовательности или представленные в определенном коде цифровые данные, которые непосредственно могут быть считаны процессором. В зависимости от типа датчика выходной сигнал либо сразу формируется в цифровом виде, либо должен обрабатываться цепями электронной логики, которые обычно составляют с ним одно целое. Существуют интегрированные цифровые датчики, которые включают микропроцессоры для выполнения числовых преобразований. Если выходной сигнал датчика представляет собой последовательность импульсов, то они обычно суммируются счетчиком. Затем результат в виде цифрового слова передается на дальнейшую обработку.
3. Практическая задача: Рассчитать основные характеристики идеального усилительного (безынерционное) звена, такие как: передаточная функция, комплексная частотная характеристика (КЧХ), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ). Привести примеры данного типа элементарного динамического звена.
Передаточная функция:
Передаточная функция не зависит от переменной p, т.е. пропорциональное звено является статическим.
Переходная функция: h(t)=K·1(t)
Переходная функция совершает скачок от 0 до К в момент времени t=0.
Раньше использовались датчики аналогового типа, но сегодня все больше и больше используются цифровые датчики. В этой статье описывается разница между ними и обсуждается причина развития цифровых датчиков.
СОДЕРЖАНИЕ
Общие аспекты
Цифровые датчики являются современными преемниками аналоговых датчиков. Цифровые датчики постепенно заменяют аналоговые датчики, поскольку они преодолевают традиционные недостатки аналоговых датчиков (см. Главу 3).
История
Электронные и электрохимические датчики обычно являются частью измерительной цепи. Измерительная цепь состоит из самого датчика, кабеля и преобразователя. В традиционных аналоговых системах датчик преобразует параметр измерения (например, значение pH) в аналоговый электрический сигнал. Этот аналоговый электрический сигнал подключается к передатчику через кабель. Передатчик преобразует электрический сигнал в читаемую форму (дисплей, токовые выходы, передача данных по шине и т. Д.).
Датчик и кабель часто подключаются не постоянно, а через электрические разъемы. Эта классическая конструкция с разъемами и передачей малых токов по кабелю имеет четыре основных недостатка: а) Влажность и коррозия разъема искажают сигнал. б) Кабель должен быть экранирован и иметь очень высокое качество, чтобы предотвратить изменение измерительного сигнала из-за электромагнитных помех. c) Датчик можно откалибровать или отрегулировать только в установленном состоянии, потому что влиянием кабеля (длина, омическое сопротивление, импеданс) нельзя пренебрегать. г) Длина кабеля ограничена.
Использование и дизайн
Чем отличаются аналоговые и цифровые датчики
Сам термин «датчик» обозначает механизм, предназначенный для измерения какого-нибудь параметра с целью дальнейшей обработки результата измерения. Схема датчика генерирует сигнал в удобной для передачи форме, дальше сигнал преобразуется, обрабатывается или хранится. Без датчиков в некоторых современных сферах промышленности, да и во многом оборудовании разного рода, просто не обойтись.
Электроника позволяет сегодня изготавливать электронные датчики, способные контролировать процессы сразу по нескольким параметрам, что сильно расширяет возможности для построения сложных измерительных и исполнительных приборов.
На сегодняшний день аналоговые и цифровые датчики используются всюду в научных и исследовательских целях, в телеметрии, в системах контроля качества и автоматизированного управления, да и во многих других областях, перечислять которые можно бесконечно. Так или иначе, это всегда те технические сферы, где необходимо получить информацию об измерении какой-нибудь величины.
Целью данной статьи будет дать читателю представление о том, чем принципиально отличаются между собой аналоговые и цифровые датчики. Мы рассмотрим на простом примере то, как одну и ту же величину можно отследить аналоговым и цифровым датчиком, и в каком случае целесообразно применение аналогового датчика, а в каком — цифрового.
Аналоговый датчик генерирует на выходе аналоговый сигнал, значение уровня которого получается функцией времени, и изменение такого сигнала происходит непрерывно, сигнал принимает постоянно какое-нибудь из множества возможных значений.
Так, аналоговые датчики подходят для отслеживания непрерывно изменяющихся физических величие, например напряжение на выводах термопары сигнализирует об изменении температуры, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока оказывается в определенный период пропорционально току контролируемой цепи. Микрофон является датчиком изменения давления от звуковой волны и т.д.
Цифровые же датчики, в свою очередь, генерируют на выходе сигнал, который можно записать в форме последовательности цифровых значений, зачастую сигнал двоичный, то есть либо высокий уровень сигнала, либо низкий (нулевой). Когда сигнал цифрового датчика необходимо передать по аналоговому каналу, например по радио, прибегают к применению модуляции.
Цифровые датчики доминируют в системах связи, поскольку их выходные сигналы легко регенерировать в ретрансляторе, даже если присутствует шум. А аналоговый сигнал, в этом смысле, будет шумом искажен, и данные окажутся недостоверными. При передаче информации цифровые датчики более приемлемы.
Давайте же рассмотрим на конкретных простых примерах сначала аналоговый датчик, затем цифровой, причем измерять эти датчики в нашем примере будут один и тот же параметр — ток.
Аналоговый датчик тока
Аналоговый датчик тока на трансформаторе тока. Почему аналоговый? Потому что в данном случае ток может возрастать, например, от 0 до 5 ампер, при этом напряжение (сигнал) на выходе будет возрастать пропорционально от 0 до 1 вольта. Такой датчик позволить осуществлять контроль величины тока в измеряемой цепи непрерывно.
К примеру, будучи установленным в блок питания с ШИМ, аналоговый датчик тока сформирует аналоговый сигнал обратной связи, и чем выше будет его значение, тем значит больший ток в цепи нагрузки течет в данный момент, и схема регулировки длительности управляющего импульса, построенная на компараторе, станет уменьшать длительность управляющего импульса, приводя ток нагрузки к требуемому номинальному значению, дабы выходная мощность не возрастала неприемлемо высоко.
Цифровой датчик тока
Теперь допустим, что мы имеем дело с резонансным преобразователем электроэнергии, где нужно отслеживать колебания тока в резонансном LC-контуре, и важным параметром будет уже не только и не столько величина тока, сколько его направление.
В этом случае можно использовать так же трансформатор тока, только выход трансформатора тока будет нагружен не на резистор, а на стабилитрон или на ограничительные диоды. Что это даст?
Датчики направления тока могут быть реализованы и на базе эффекта Холла (цифровые датчики Холла), но в нашем примере целью было показать принципиальное различие аналогового и цифрового датчика, поэтому датчик Холла пока оставим в стороне.
Типы датчиков
Какие датчики мы можем использовать в системе управления
Датчики можно классифицировать по типу выходного сигнала на дискретные, аналоговые и цифровые.
Датчики с дискретным выходом. Наиболее частоиспользуемые датчики:
1. Индуктивные. Принцип действия индуктивного датчика основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в чувствительную зону выключателя металлического, магнитного, ферромагнитного материала. При подаче питания в области его чувствительной поверхности образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. Применяют для обнаружения, подсчета и позиционирования металлических объектов. Зона срабатывания 0-20 мм.
2. Емкостные. Между датчиком и окружающей средой существует электростатическое поле. Датчик работает на определение изменения емкости в этой цепи. Между окружающей средой и датчиком существует электростатическое поле, при изменении емкости в данном поле (при попадании в поле любого объекта) происходит срабатывание. Применяют для обнаружения, подсчета и позиционирования металлических и неметаллических объектов, а также для контроля уровня жидкости и сыпучих веществ в резервуарах. Зона срабатывания 0-50 мм.
3. Фотоэлектрические. Состоит из источника (излучателя) и приемника оптического излучения, которые могут располагаться в одном корпусе (моноблочные датчики) или в разных корпусах (двухблочные датчики). Источник датчика создает оптическое излучение в заданном пространстве, приемник реагирует на отраженный от объекта световой поток или на прерывание его. Применяют для обнаружения и подсчета металлических и неметаллических объектов. Зона срабатывания 0-10000 мм.
4. Механические. Принцип действия основан на механических контактах. Контроллируемый объект задевает подвижную часть датчика, происходит переключение контактов датчика. Применяют для обнаружения любых объектов, чаще используются как аварийные концевые выключатели.
5. Магнитные (герконы). Герконовый датчик содержит два контакта из ферромагнитного сплава, заключенных в колбу. Если к контактам поднести магнитный элемент – они замыкаются, образуя непрерывную электромагнитную сеть. Чаще всего применяют для обнаружения положения поршня пневмоцилиндров исполнительных устройств.
6. Световые барьеры. Представляют собой колонны с установленными через определенный шаг оптическими датчиками. Используются для контроля безопасности установленной зоны.
Датчики с аналоговым выходом.
1. Датчики с аналоговым выходом чаще всего существуют в виде первичного преобразователя и преобразующего устройства. Это могут быть: измерители уровня, рН-метры, расходомеры, амперметры, вольтметры, тензометрические датчики и др.
2. Датчики давления. Предназначены для измерения избыточного давления в гидро- и пневмосистемах, системах водоподготовки и теплоснабжения, котельной автоматике, автоматике водоканалов, тепловых пунктах, объектах газового хозяйства и т.п.
Что такое датчик?
Что такое датчики и зачем они нужны
При изучении робототехники возникает вопрос – что такое датчики? Датчики еще часто называю сенсорами.
Датчики — это детекторы, которые имеют возможность измерять некоторые физические качества, такие как давление или свет.
Датчик после этого будет преобразовывать измерение в сигнал, который может быть передан для анализа. Большинство датчиков, используемых сегодня существует для того, чтобы иметь возможность общаться с электронным устройством, которое будет делать измерения и записи.
датчик что это
Наличие датчиков обязательно для всех систем автоматизации. Именно датчики позволяют создать робота, который может реагировать на изменение различных параметров окружающей среды. Получая информацию от датчиков, робот выполняет различные действия согласно заложенной в него программе.
Можно сказать, что наличие датчиков и обратной связи с ними, отличает робота от автоматизированного устройства. Изучая робототехнику можно быстро узнать, что такое датчик и как использовать различные типы датчиков.
Сегодня вы сможете найти датчики в широком диапазоне различных устройств, которые вы используете регулярно. Сенсорный экран, который у вас есть на телефоне.
экран смартфона
Ультразвуковые датчики для открытия дверей в торговых центрах, герконовые датчики для систем сигнализации и множество других. Датчики являются очень распространенной частью повседневной жизни.
Введение в датчики
Мир полон сенсоров. В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с автоматизацией во всех видах деятельности. Автоматизация включает включение света и вентилятора, с использованием мобильных телефонов. Управление телевизором с помощью мобильных приложений.
Регулировки температуры в помещении. Обеспечение пожарной безопасности при помощи детекторов дыма и т.д. Все это делается с помощью датчиков. В наши дни любой встроенный системный продукт имеет встроенные датчики. Есть множество приложений, таких как мобильные управляемые камеры видеонаблюдения.
Приложения мониторинга и прогнозирования погоды и т. д. Датчики играют очень важную роль в профилактике и обнаружении заболеваний в здравоохранении. Поэтому, прежде чем проектировать датчик, использующий приложение, мы должны понять, что такое датчик, что именно делает датчик и сколько типов датчиков доступны.
Что такое датчик?
Датчик определяется как устройство или модуль, который помогает обнаружить любые изменения в физической величине такой как давление, сила или электрическая величина, как ток или любой другой вид энергии. После наблюдать изменениями, датчик посылает обнаруженный входной сигнал к микроконтроллеру или микропроцессору.
микроконтроллер
Наконец, датчик выдает считываемый выходной сигнал, который может быть либо оптическим, либо электрическим, либо любой формой сигнала, соответствующей изменению входного сигнала. В любой измерительной системе большую роль играют датчики.
Фактически, датчики являются первым элементом в структурной схеме измерительной системы, который вступает в непосредственный контакт с переменными для получения действительного выхода. Теперь вы знаете, что такое датчик и что на самом деле означает датчик.
Классификация датчиков
Активный датчик
Что такое активные датчик – это тип датчиков, который производит выходной сигнал с помощью внешнего источника возбуждения.
Собственные физические свойства датчика изменяются в зависимости от применяемого внешнего воздействия. Например, тензометрический датчик.
При нажатии на такой датчик воздействие преобразуется в электрический сигнал и сигнал передается в считывающее устройство.
Пассивный датчик
Пассивные датчики тип датчиков, который производит выходной сигнал без помощи внешнего источника возбуждения.
Им не нужны никакие дополнительные токи или напряжения. Например, термопара, которая генерирует значение напряжения, соответствующее приложенному теплу.
датчик температуры
Она не требует никакого внешнего электропитания.
Также датчики подразделяются на
Аналоговые
Что такое аналоговый датчик – это сенсор, который производит непрерывный сигнал относительно времени с аналоговым выходом.
Сформированный аналоговый выходной сигнал пропорционален измеряемому им входному сигналу. Как правило, аналоговое напряжение лежит в диапазоне от 0 до 10 В или в качестве выходного сигнала используется ток.
Примерами физических параметров для непрерывных сигналов могут служить температура, усилие, давление, смещение и др. Например, аналоговый датчик линии Arduino.
Цифровые
Цифровые датчики-это те, которые производят дискретные выходные сигналы.
Дискретные сигналы будут не непрерывными во времени и могут быть представлены в “битах” для последовательной передачи и в “байтах” для параллельной передачи. Измеряемая величина будет представлена в цифровом формате. Цифровой выход может быть в форме логики 1 или логики 0 (включено-выключено).
Цифровой датчик состоит из датчика, кабеля и передатчика. Измеренный сигнал преобразован в цифровой сигнал внутри датчика самого без любого внешнего компонента. Кабель используется для передачи на большие расстояния. Примером цифрового датчика может служить энкодер.
энкодеры
Он включает в себя цифровой светодиод и фотодиод, используемый для получения цифрового сигнала для измерения скорости вращающегося вала. Диск прикреплен к вращающемуся валу. Вращающийся вал имеет по окружности прозрачные пазы. Когда вал вращается со скоростью, диск также вращается вместе с ним.
принцип работы энкодера
Сигнал от светодиода проходит через паз и фиксируется фотодиодом. Выходным сигналом будет логическая 1 или логический 0. Выходные данные отображаются на ЖК-дисплее после прохождения через счетчик.
В настоящее время есть огромное количество датчиков для различных целей и каждый год датчики становятся все совершеннее. Сейчас все больше становится программируемых датчиков, которые можно калибровать и программировать на различные виды измерений.
Обычно в комплекте с этими датчиками идет достаточно подробная инструкция со схемами подключения, способами настройки и программирования датчиков.