МегаПредмет

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение


Как определить диапазон голоса - ваш вокал


Игровые автоматы с быстрым выводом


Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими


Целительная привычка


Как самому избавиться от обидчивости


Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам


Тренинг уверенности в себе


Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"


Натюрморт и его изобразительные возможности


Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.


Как научиться брать на себя ответственность


Зачем нужны границы в отношениях с детьми?


Световозвращающие элементы на детской одежде


Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия


Как слышать голос Бога


Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)


Глава 3. Завет мужчины с женщиной


Оси и плоскости тела человека


Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.


Отёска стен и прирубка косяков Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.


Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Деформационные интеллектуальные сенсоры





При применении микросистемных технологий из всех выше перечисленных деформационных элементов проще всего реализовать мембраны. Им обычно и отдают предпочтение. Непосредственно в кремниевой мембране формируют и кремниевые тензорезисторы, которые преобразуют механическую деформацию в электрические сигналы. Рядом с миниатюрной мембраной в том же кристалле кремния формируют также и микросхемы, требуемые для считывания и электронной обработки сигналов.

Таким образом создают, например, миниатюрные датчики давления воздуха в автомобильных шинах ( рис. 2.7 слева). Их размещают внутри каждой шины возле её штуцера так, чтобы они не мешали эксплуатации шин, их вращению, монтажу, демонтажу, балансированию. Информация из сенсоров передается в центральный блок индикации и сигнализации ( рис. 2.7 справа) бесконтактным способом с применением локальной микроволновой радиосвязи. О ней мы расскажем в разделе "Электромагнитные сенсоры".


Рис. 2.7.Система контроля давления и температуры в шинах автомобилей. Слева – микроэлектронный сенсор давления и температуры воздуха в автомобильных шинах. Масса 32 г. Срок службы батареи 5 лет. Справа – центральный блок индикации и сигнализации

Каждый датчик имеет свой индивидуальный код, поэтому от каждого из них независимо принимается своя информация. Центральный блок с микрокомпьютером размещается в кабине водителя и является интеллектуальной частью сенсора. На его индикаторе показан условный вид автомобиля сверху с расположением всех шин и отображаются измеренные значения температуры и давления в каждой шине.

Требуемая периодичность и порядок проверки, желательные единицы измерения температуры и давления (градусы Цельсия или Фаренгейта, единицы давления) и критические значения параметров задает пользователь. В случае выхода контролируемых параметров за заданные безопасные пределы выдается световая и звуковая сигнализация.

Использование таких интеллектуальных сенсоров оказалось настолько эффективным и важным для повышения безопасности движения грузового автотранспорта, что в США, например, принято решение о том, чтобы до конца 2008 г. все автомобили массой свыше 4,5 т обязательно были оборудованы системами мониторинга давления в шинах. Такие же правила, скорей всего, со временем будут введены и в других странах мира.

Следующим примером компактного портативного интеллектуального сенсора с деформационными чувствительными элементами, изготовленными с применением МСТ, может быть и прецизионный цифровой манометр давления DPI 740, показанный на рис. 2.8 и рассчитанный на применение как в лабораторных, так и в полевых условиях. С его помощью можно измерять атмосферное давление от 0,75 бар до 1,25 бар и абсолютное давление любого химически не агрессивного газа в диапазонах от 3 кПа до 130 кПа, до 250 кПа и до 360 кПа.


Рис. 2.8.Портативный прецизионный цифровой манометр давления DPI 740. Размер 190х90х36 мм, масса 0,5 кг. Диапазон рабочих температур от –10 С до +50 С. Класс точности 0,02%. Долговременная стабильность 0,01% за год

Высокая точность и стабильность показаний позволили применять его в качестве образцового барометра (вторичного эталона). Наличие микропроцессора сделало возможными автоматический учет влияния температуры, пересчет и высвечивание измеренного значения давления в любых единицах (Па, кПа, гПа, МПа, мм рт. ст., мм вод. ст., кГс/см2, бар и т.п. – всего 24 возможности) и в соответствии с любым избранным пользователем шаблоном, пересчет измеренного атмосферного давления в высоту над уровнем моря и т.п.

Результаты измерений с фиксацией даты и времени запоминаются; могут быть вычислены максимальное и минимальное значения давления за любой указанный период. Через интерфейс RS232 сенсор можно соединить с компьютером или с сетью связи. Питание возможно как от встроенных аккумуляторов, так и от обычной электросети.

Следующий пример – это портативные цифровые калибраторы давления РМ110, показанные на рис. 2.9. Они предназначены для поверки и калибровки средств измерения давления (визуальных и записывающих манометров, реле давления и т.п.). Для этого, кроме цифрового манометра, в состав калибратора входит также ручной насос с точным регулированием давления. Пневматический ручной насос позволяет создавать и регулировать давление до 2 МПа, гидравлический ручной насос – до 20 МПа. В состав сенсора входит также измеритель температуры, который нужен для точной термокомпенсации погрешностей измерения давления. Калибратор способен фиксировать не только статическое давление, но и кратковременные скачки давления длительностью от 50 мс. Имеются встроенная память и интерфейс RS232.


Рис. 2.9.Портативные цифровые калибраторы давления PM110L и РМ110Н. Размер цифрового манометра 98х92х33 мм, масса 0,5 кг. Диапазон рабочих температур от –10 С до +50 С. Класс точности 0,05 %. Долговременная стабильность 0,01% за год

Сигнал деформации мембраны, в том числе и микроминиатюрной, можно превращать в электрический сигнал не только с помощью тензорезисторов, но преобразовывать и другими способами. На рис. 2.10 для примера показана конструкция чувствительного к изменениям давления деформационного элемента, который работает по принципу интерферометра Фабри-Перо.


Рис. 2.10.Микроминиатюрный мембранный датчик давления. Слева – конструкция, справа – внешний вид и способ применения

Над подложкой 1 сформирована тонкая мембрана 2, на которую снизу нанесена зеркально отражающая свет пленка 3. Полупрозрачный зеркальный слой нанесен и на торец оптического волокна 4. Между ним и пленкой 3 образуется оптический резонатор, который находится внутри герметически закрытой полости 6, заполненной газом. Если давление извне мембраны превосходит давление в полости 6, то мембрана несколько прогибается внутрь, и расстояние между ней и волокном уменьшается. По оптическому волокну в резонатор вводится монохроматический свет, который, многократно отражаясь от зеркальных поверхностей, интерферирует сам с собой. Поэтому интенсивность отраженного обратно в оптическое волокно света существенно зависит от положения мембраны, и таким образом – от внешнего давления.

Фирма FISO Technologies (http://www.fiso.com), используя микросистемную технологию, выпускает такого рода чувствительные элементы с внешним диаметром всего лишь 0,55 мм. Внешний вид чувствительного элемента показан на рис. 2.10 справа вверху на фоне пальцев, которые его держат за оптическое волокно, и ушка иглы, сквозь которое он пройдет.

С помощью иглы-катетера 10 диаметром меньше 1 мм, показанной справа внизу, этот миниатюрный датчик давления 8 и тонкое гибкое оптическое волокно 9 можно ввести в исследуемый объем и контролировать там изменения внутреннего давления. Для этого оптическое волокно связано с интеллектуальным сенсором, в котором под управлением микропроцессора включается источник монохроматического света, вводимого в волокно, измеряется интенсивность обратно отраженного светового потока, по калибровочным данным вычисляется внешнее давление на датчик и выводится на дисплей. В медицине, например, такие сенсоры применяют для контроля внутричерепного давления, для измерений давления крови в легочных артериях, куда иным способом невозможно добраться. Такие интеллектуальные сенсоры находят многочисленные применения также и в других областях науки и техники.

В описанном интеллектуальном сенсоре первичный деформационный сигнал мембраны многократно преобразуется. Сначала в резонаторе Фабри-Перо он преобразуется в оптический сигнал, затем в фотоприемнике – в аналоговый электрический. После аналого-цифрового преобразователя сигнал превращается в цифровой код, а затем на дисплее – в оптическое изображение. Такие многократные преобразования сигналов – не редкость. Они типичны для интеллектуальных сенсоров. Но для систематизации таких сенсоров важна природа именно первичного информационного сигнала.

Краткие итоги

Механические сенсоры по физической природе чувствительных элементов и возникающих в них первичных сигналов подразделяют на следующие виды: деформационные сенсоры, сенсоры линейного и углового перемещения, акселерометры, вибрационные и хроматографические сенсоры.

В последние десятилетия были развиты и промышленно освоены микросистемные технологии (МСТ) – технологии группового изготовления микромеханических деталей, узлов и целых устройств вместе с электрическими цепями для их питания, управления и с электронными микросхемами для обработки информации. С этой целью использованы существовавшие и развиты новые групповые технологические операции и процессы микроэлектроники с интегрированием знаний и методов точной механики и измерительной техники. Созданы системы автоматизированного проектирования микроэлектромеханических интегральных изделий и комплектных систем на кристалле. МСТ открыли новый этап в развитии механических сенсоров. МСТ являются "высокими технологиями", для их осуществления требуются дорогое высокоточное оборудование, обученный персонал, высокочистая производственная среда. Но благодаря тому, что тысячи или даже миллионы компонентов изготовляются одновременно, в едином групповом технологическом процессе, – благодаря этому изделия имеют приемлемую стоимость при очень высоких технических характеристиках.

Наиболее популярными деформационными чувствительными элементами являются биметаллические пластины, спирали, мембраны, пружины, сильфоны, трубки Бурдона. Используются также элементы с упругими деформациями изгиба и кручения. Примерами уже хорошо зарекомендовавших себя деформационных интеллектуальных сенсоров являются: система автоматического контроля давления в шинах большегрузных автомобилей; прецизионные цифровые манометры и высокоточные калибраторы давления; сенсоры для измерения давления внутри труднодоступных полостей.

Набор для практики

Вопросы для самопроверки

  1. Какие сенсоры мы относим к классу "механических"?
  2. Назовите 4-6 видов механических сенсоров.
  3. По какому признаку подразделяем мы механические сенсоры на виды?
  4. Расшифруйте аббревиатуры МСТ и МЕМС. Вкратце расскажите, что это такое?
  5. Какие новые возможности для совершенствования механических сенсоров предоставляют микросистемные технологии?
  6. Какие сенсоры называют "деформационными"?
  7. Назовите 4-6 видов деформационных чувствительных элементов.
  8. Что являлось "чувствительным элементом" в опытах П.Н. Лебедева по измерению светового давления?
  9. Назовите несколько примеров интеллектуальных деформационных сенсоров.
  10. Что такое "актуатор"?

Упражнения

Упражнение 1. Установите соответствие между первичными информационными сигналами и видами механических сенсоров:

1) вращение, поворот, наклон тела а) акселерометр
2) возникновение механического ускорения тела б) вибрационный сенсор
3) изменение состояния механических колебаний тела или системы тел в) деформационный сенсор
4) изменения формы, объема или размеров чувствительного элемента г) хроматографический сенсор
5) перемещение тела в пространстве д) сенсор углового перемещения
6) разделение различных молекул при механическом перемещении жидкости или газа сквозь пористую среду е) сенсор линейного перемещения

Упражнение 2. Опишите принцип действия биметаллического чувствительного элемента, отвечая на вопросы: из чего он состоит? На какой внешний фактор и как реагирует? Как его "реакцию" можно преобразовать в сигнал для пользователя? Может ли биметаллический чувствительный элемент одновременно выполнять и функцию актуатора? Каким образом? Приведите пример, где это "совмещение функций" используется.

Упражнение3. Опишите принцип действия одного из деформационных чувствительных элементов, отвечая, в частности, на вопросы: что он собой представляет? На какой внешний фактор и как реагирует? Как его "реакцию" можно преобразовать в сигнал для пользователя? Каким образом? Приведите пример применения данного чувствительного элемента.

Вариант 1. Мембрана.

Вариант 2. Пружина.

Вариант 3. Сильфон.

Вариант 4. Стержень или трубка, подвергающаяся деформации изгиба.

Вариант 5. Трубка Бурдона.

Вариант 6. Упругая нить или стержень, подвергающиеся деформации скручивания.

Упражнение 4. На рисунке показана конструкция сенсора для измерения давления света, разработанная П.Н. Лебедевым. Установите соответствие между цифрами, которыми обозначены элементы конструкции, и названиями этих узлов и элементов: а) вакуумный стеклянный колпак; б) зеркальце; в) кварцевая нить; г) "крылышки"; д) станина, защищенная от вибраций.


К упр. 4, 5

Упражнение 5. В опытах П.Н. Лебедева по измерению светового давления световой "зайчик", отраженный от зеркальца 3 (см. рисунок к упр.4), на линейной шкале отсчета имел вид полоски шириной 2 мм. Экран со шкалой был установлен на расстоянии 5 м от зеркальца. Рассчитайте минимальный угол упругого закручивания нити, который мог надежно фиксировать экспериментатор.

Упражнение 6. Приведите пример интеллектуального деформационного сенсора и проанализируйте его с целью ответа на следующие вопросы. Что является в нём чувствительным элементом? Что сигнализатором? Активный он или пассивный? Что собой представляют в нем первичные информационные сигналы? Какие последующие превращения сигналов в нем происходят?

Вариант 1. Система контроля давления воздуха в автомобильных шинах.

Вариант 2. Прецизионный цифровой манометр давления.

Вариант 3. Портативный цифровой калибратор давления.

Вариант 4. Сенсоры для измерения давления внутри труднодоступных полостей.

Упражнение 7. Начертите функциональную схему интеллектуального сенсора для измерений давления крови в легочных артериях и для контроля внутричерепного давления с применением микроминиатюрного мембранного датчика давления, изображенного на рис. 2.10.

Ответы

Ответы на вопросы

1. К классу "механических" мы относим сенсоры, в которых первичные информационные сигналы о состоянии исследуемого объекта или процесса имеют механическую природу.

2. Виды механических сенсоров: деформационные сенсоры, сенсоры линейного и углового перемещения, акселерометры, вибрационные и хроматографические сенсоры.

3. Механические сенсоры мы подразделяем на виды с учетом физической природы чувствительных элементов и первичных информационных сигналов, которые в них возникают.

4. Аббревиатура "МСТ" расшифровывается как "микросистемные технологии". Это – технологии группового изготовления микромеханических деталей и устройств вместе с электрическими узлами для их питания, управления и с электронными микросхемами для обработки информации. Для этого используют такие технологические процессы и операции, как фотолитография или ультрафиолетовая, рентгеновская, электронная, ионная литографии; травление (химическое, плазмохимическое, электрохимическое, ионное, анизотропное); отмывание, очистка; напыление (вакуумное термическое, ионное, плазменное, магнетронное); намазывание, наплавление, пульверизация; эпитаксия; гальваническое или химическое осаждение; окисление; легирование (диффузия, ионная имплантация и т.п.).

Аббревиатура "МЕМС" расшифровывается как "микроэлектромехани-ческая система" – сложное изделие, изготовленное с применением МСТ.

5. Микросистемные технологии позволяют формировать механические детали и узлы микронных и даже субмикронных размеров. Это, а также возможность формировать на том же кристалле и необходимые электронные узлы, позволяет обеспечить невиданную ранее компактность, высокие быстродействие и чувствительность, помехоустойчивость, надежность при совсем малом потреблении мощности. Наличие систем автоматизированного проектирования микроэлектромеханических интегральных изделий и целых систем на кристалле позволяет существенно сократить сроки разработки изделий, оптимизировать их конструкцию и технологию изготовления.

6. "Деформационными" называют сенсоры, первичными сигналами в которых являются изменения формы, объема или размеров чувствительного элемента.

7. Можно назвать следующие виды деформационных чувствительных элементов: биметаллические пластины, спирали, мембраны, пружины, сильфоны, трубки Бурдона, стержни и нити с упругими деформациями изгиба и кручения.

8. "Чувствительным элементом" в опытах П.Н. Лебедева по измерению светового давления была тонкая нить из плавленого кварца с подвешенными к ней легкими "крылышками", пропускающими, поглощающими или отражающими свет.

9. В качестве примеров интеллектуальных деформационных сенсоров можно назвать систему непрерывного автоматического контроля давления в шинах большегрузных автомобилей; прецизионные цифровые манометры и калибраторы давления; сенсоры для измерения давления внутри труднодоступных полостей.

10. Актуатор – это техническое устройство, которое активно реагирует на поданный сигнал, например, замыкает или размыкает электрическую цепь, изменяет величину тока, напряжения, яркость свечения, силу давления и т.п.

Ответы к упражнениям

Упражнение 1. Таблица соответствия

д) а) б) в) е) г)

Упражнение 2. Биметаллический чувствительный элемент состоит из двух слоев металлов с существенно отличающимися температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР). Внешним фактором, на который этот элемент реагирует, является температура окружающей среды. При повышении температуры один из металлов удлиняется больше, другой – меньше. В результате биметаллическая полоска выгибается в сторону металла с меньшим ТКЛР. При понижении температуры изгиб уменьшается, а потом происходит в другую сторону – в сторону металла, у которого ТКЛР больше. Изгиб биметаллического чувствительного элемента можно преобразовать, например, в перемещение стрелки на шкале температуры. Для этого обычно используют биметаллические спирали из многих витков. Другой вариант – это замыкание или размыкание электрического контакта в результате изгиба биметаллического элемента. В этом случае биметаллический чувствительный элемент одновременно выполняет и функцию актуатора. Это используется, например, в электрических утюгах. В них биметаллический элемент автоматически размыкает цепь электропитания нагревательных элементов, когда температура рабочей поверхности утюга превышает заданное значение, и автоматически замыкает её, когда температура снижается. Промышленно выпускаемые термореле с биметаллическими элементами широко используют для автоматического регулирования температуры в сушильных шкафах, электропечах, духовках и т.д.

Упражнение 3.

Вариант 1. Мембрана представляет собой тонкую гибкую перегородку между двумя объемами с разными давлениями жидкостей или газов. Она реагирует на разность этих давлений, выгибаясь в сторону объема с меньшим давлением. Ее прогиб и перемещение центра мембраны тем больше, чем больше разность давлений. Диапазон значений измеряемой разности давлений зависит от коэффициента упругости мембраны. "Реакцию" мембраны можно преобразовать в сигнал для пользователя разными способами. В одном из вариантов к месту наибольшего прогиба мембраны крепят шток, который превращает деформационный сигнал в линейное перемещение и приводит в действие механизм отсчета дифференциального давления. В другом варианте изменение прогиба мембраны изменяет собственную частоту оптического резонатора, частью которого она является, и от этого изменяется интенсивность отраженного света. Перемещение мембраны может изменять также ёмкость конденсатора, частью которого она является, и это потом преобразуется в сигнал для пользователя. Мембраны в качестве чувствительного элемента часто применяют в манометрах, барометрах, сенсорах давления внутри труднодоступных полостей.

Вариант 2. Пружина представляет собой упругую проволоку, свитую в виде цилиндра, конуса или плоской спирали. Она реагирует на силу сжатия или растяжения. В широких пределах (т.н. "линейной упругой деформации") величина её растяжения или сжатия пропорциональна приложенной силе. С помощью стрелочного указателя и шкалы величину деформации можно преобразовать в сигнал для пользователя. Так устроены, например динамометры. Деформацию пружины при помощи средств точной механики можно преобразовать в поворот стрелки на циферблате, а при помощи электромеханических или оптоэлектронных элементов – в электрические или оптические сигналы и т.д. Пружины в качестве чувствительных элементов широко применяют в динамометрах, силомерах, пружинных весах и в других сенсорах.

Вариант 3. Сильфон представляет собой эластичную гофрированную трубку, внутри и извне которой создаются разные давления: одно из них – измеряемое, другое – опорное. В качестве чувствительного элемента он "реагирует" на изменение разности давлений. Чем больше превышение давления внутри над давлением извне сильфона, тем больше он растягивается. Чтобы его деформацию преобразовать в сигнал для пользователя, к подвижному торцу сильфона прикрепляют шток, который превращает деформацию сильфона в линейное перемещение. Сильфоны как чувствительные элементы применяют в сенсорах дифференциального давления. Иногда их используют также и в сенсорах силы или веса.

Вариант 4. Стержень или трубка, подвергающаяся деформации изгиба, "реагируют" на любые воздействия, вызывающие такую деформацию. В качестве чувствительного элемента их обычно используют в пределах упругих деформаций. При этом, чем сильней воздействие, тем больше величина деформации. Изгиб упругих стержня или трубки можно средствами точной механики преобразовать в поворот стрелки по шкале отсчета. С помощью электрических или оптических чувствительных элементов изгиб можно далее преобразовать в электрический или оптический сигнал, а потом последние – в сигнал для пользователя. Упругую трубку с укрепленной на её подвижном конце мишенью применяют в качестве чувствительного элемента, например, в сенсоре для измерения скорости течения жидкостей и газов.

Вариант 5. Трубка Бурдона представляет собой пустотелую упругую трубку с овальным или прямоугольным сечением, согнутую в кольцо или спираль. Свободный конец трубки герметически закрыт, а другой конец механически закреплен и соединен с объемом, в котором измеряется давление. В качестве чувствительного элемента трубка Бурдона "реагирует" на изменение разности давлений внутри и снаружи трубки. Когда давление внутри трубки превышает внешнее давление, то оно распинает трубку, она начинает раскручиваться – тем больше, чем больше измеряемое давление. Движение свободного конца трубки через соответствующий механизм передается на стрелку, которая перемещается по шкале давлений – для визуального считывания. Оно может быть передано, например, и на ползунок потенциометра либо конденсатора переменной емкости – для превращения в электрический сигнал. Трубки Бурдона широко применяют в манометрах. Интересным вариантом применения являются также миниатюрные спиральные трубки радиусом порядка 1 мм из биологически совместимого синтетического материала. Их имплантируют в глаза людей, уже страдающих или рискующих заболеть глаукомой, – с целью постоянного мониторинга внутриглазного давления. Величину давления оценивают по степени раскручивания мини-трубки.

Вариант 6. Упругая нить или стержень, подвергающиеся деформации кручения, "реагируют" на любые воздействия, причиняющие такую деформацию. Чем сильней воздействие, тем больше величина угла закручивания. Изменения угла закручивания для восприятия пользователем можно, например, преобразовать в перемещения светового "зайчика" по экрану со шкалой, укрепив на нити или стержне небольшое зеркальце. Упругую кварцевую нить с укрепленными на ней "крылышками" П.Н. Лебедев применил, например, в качестве чувствительного элемента для измерения давления света.

Упражнение 4. Таблица соответствия

г) в) б) а) д)

Упражнение 5. Принимая, что экспериментатор мог надежно фиксировать перемещение светового "зайчика" на расстояние 0,5 мм = 0,0005 м, найдем соответствующий такому перемещению угол поворота зеркальца в радианах радиан. Пересчитывая его в градусную меру, находим, что экспериментатор мог надёжно фиксировать минимальный угол упругого закручивания нити, составляющий 20'' (угловых секунд).

Упражнение 6.

Вариант 1. В системе контроля давления воздуха в автомобильных шинах чувствительным элементом является миниатюрная кремниевая мембрана. Рядом с ней методами МСТ сформированы тензорезисторы, которые превращают механическую деформацию в электрические сигналы. В том же кристалле кремния сформированы также и микросхемы, требуемые для считывания и электронной обработки сигналов. Сигнализатором является центральный блок индикации и сигнализации, размещаемый в кабине водителя. Система контроля является здесь пассивной. Первичным информационным сигналом является деформация упругих мембран кремниевых датчиков давления, размещенных внутри каждой шины. С помощью тензорезисторов упругая деформация мембраны превращается в электрический сигнал, который с помощью электронных микросхем превращается в коротковолновый радиосигнал. Последний принимается и обрабатывается в центральном блоке. С помощью микрокомпьютера формируется изображение на дисплее со всей необходимой водителю информацией.

Вариант 2. В прецизионном цифровом манометре давления чувствительным элементом является миниатюрная кремниевая мембрана, изготовленная методами МСТ вместе с тензорезисторами. Сигнализатором является дисплей прибора или интерфейс RS232, через который информацию можно передать во внешний компьютер или в сеть связи. Сенсор является пассивным. Первичными информационными сигналами в нем являются деформации мембраны, зависящие от внешнего давления. Деформации мембраны преобразуются тензорезисторами в аналоговые электрические сигналы, затем в АЦП – в цифровые электрические сигналы. Последние обрабатываются в микрокомпьютере и преобразуются либо в изображение на дисплее, либо в электрические сигналы связи через интерфейс RS232.

Вариант 3. В портативном цифровом калибраторе давления чувствительным элементом является миниатюрная кремниевая мембрана, изготовленная методами МСТ вместе с тензорезисторами. Сигнализатором является дисплей прибора или интерфейс RS232, через который информацию можно передать во внешний компьютер или в сеть связи. Сенсор является активным, поскольку в нём имеется также ручной насос с точным регулированием давления, при помощи которого в объекте контроля создается требуемое давление. Первичными информационными сигналами в нем являются деформации мембраны, зависящие от внешнего давления. Деформации мембраны преобразуются тензорезисторами в аналоговые электрические сигналы, затем в АЦП – в цифровые электрические сигналы. Последние обрабатываются в микрокомпьютере и преобразуются либо в изображение на дисплее, либо в электрические сигналы связи через интерфейс RS232.

Вариант 4. В сенсорах для измерения давления внутри труднодоступных полостей чувствительным элементом является миниатюрная кремниевая мембрана, на которую нанесен тонкий слой серебра, зеркально отражающий свет. Сигнализатором служит дисплей прибора. Сенсор является пассивным, но инвазивным, поскольку миниатюрный датчик давления с помощью иглы вводят в контролируемую закрытую полость. Первичными информационными сигналами в сенсоре являются деформации мембраны, зависящие от внешнего давления. Деформации мембраны преобразуются в оптическом резонаторе в изменения интенсивности отраженного света. В основном корпусе сенсора переданные по оптоволокну световые сигналы преобразуются сначала в аналоговые, а затем в цифровые электрические сигналы. После их обработки выходная информация представляется в виде сообщений на дисплее.

Упражнение 7. Функциональная схема интеллектуального сенсора для контроля внутричерепного давления и для измерений давления крови в легочных артериях с применением микроминиатюрного мембранного датчика давления 1 может быть представлена в следующем виде:

 

Здесь 2 – гибкий волоконно-оптический световод; 3 – оптический разветвитель; 4 – источник монохроматического света (светодиод) с модулятором; 5 – фотоприемник с усилителем-демодулятором; 6 – АЦП; 7 – клавиатура; 8 – дисплей; 9 – внешний интерфейс; МК – микрокомпьютер.


 

Лекция 3. Механические сенсоры перемещения. Принципы работы глобальной системы ориентирования и сенсоры GPS

Цель лекции: cформировать у слушателей ясное представление о глобальной системе ориентирования, принципах ее работы и о ее многообразных возможностях, показать роль интеллектуальных сенсоров GPS в современной жизни. Объяснить принцип действия наиболее часто применяемых чувствительных элементов линейного и углового перемещения, указать области их применения. Привести примеры интеллектуальных сенсоров с применением таких чувствительных элементов.





©2015 www.megapredmet.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.