Датчик

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Датчик кислорода
Различные типы световых датчиков
Тепловизор
Лидарный датчик на iPad Pro[1]

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]. Устройства, содержащие первичные измерительные преобразователи и вырабатывающие сигнал в форме, доступной для непосредственного воспрития человеком, относятся к измерительным приборам или контрольным приборам (сигнализаторам).

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 случае, если первичный измерительный преобразователь не обособлен конструктивно, его называют не датчиком, а чувствительным элементом[5] (сенсором[6]). Преобразователи для конкретных отраслей часто имеют собственные названия (ячейка, зонд и т.д.), в том числе и датчик[7]. Датчик расположен непосредственно на объекте контроля, часто в тяжёлых условиях эксплуатации, которые определяют конструкцию датчика.[8]

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[9] (данных).

Общие сведения

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.[9]

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.

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

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

Датчик инерциальной информации с чувствительным элементом — гироскопом

Различные источники дают различные классификации датчиков, в частности[9]:

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

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

По технологии изготовления

  • Элементные
  • Интегральные

По измеряемому параметру

См. также

Примечания

  1. ↑ LiDAR vs. 3D ToF Sensors — How Apple Is Making AR Better for Smartphones. Дата обращения: 3 апреля 2020. Архивировано 3 апреля 2020 года.
  2. ↑ 1 2 ГОСТ Р 8.673-2009 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Датчики интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Основные термины и определения
  3. ↑ 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.
  4. ↑ ГОСТ Р 51086-97. Датчики и преобразователи физических величин электронные
  5. ↑ РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения п.6.13
  6. ↑ Сенсор // Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990.
  7. ↑ Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие —М.:Энергоатомиздат, 1991. с. 9
  8. ↑ Датчик // Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 1 (А – И) —М.: Советская энциклопедия, 1962.
  9. ↑ 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