Mūsdienu tehnoloģiju jomā sensori kā galvenās ierīces fizisko lielumu noteikšanai un konvertēšanai tiek plaši izmantoti dažādās nozarēs, piemēram, rūpnieciskajā automatizācijā, vides uzraudzībā, medicīniskajā veselībā un plaša patēriņa elektronikā. Sensora pamatfunkcija ir pārveidot ne-elektriskus signālus (piemēram, temperatūru, spiedienu, gaismas intensitāti, nobīdi utt.) par izmērāmiem un apstrādājamiem elektriskiem signāliem. Pamatojoties uz pārveidotā signāla formu, sensoru izejas signālus galvenokārt var iedalīt divās kategorijās: analogie signāli un digitālie signāli.
Analogie signāli
Analogais signāls ir signāls, kas laika gaitā nepārtraukti mainās, un tā amplitūda var iegūt jebkuru vērtību un nepārtraukti mainīties noteiktā diapazonā. Sensoru jomā daudzi tradicionālie sensori izvada analogos signālus. Analogo signālu priekšrocība ir tā, ka tie var precīzi izteikt nelielas izmaiņas fiziskajos daudzumos, nodrošinot augstu jutību un izšķirtspēju. Tomēr analogie signāli ir jutīgi pret troksni un traucējumiem pārraides un apstrādes laikā, kas izraisa signāla kropļojumus un palielina kļūdu skaitu.
Pielietojuma scenāriji: Temperatūras sensori: piemēram, termopāri un termistori, kas izvada analogos signālus, mērot temperatūras izraisītas pretestības vai sprieguma izmaiņas.
Spiediena sensori: šie izvada analogos signālus, mērot spiediena izmaiņu izraisītas pretestības, kapacitātes vai pjezoelektriskā efekta izmaiņas, un tos plaši izmanto rūpnieciskajā automatizācijā un hidrauliskajās sistēmās.
Gaismas jutīgie sensori: piemēram, fotorezistori un fotoelementi, kas pārvērš gaismas intensitātes izmaiņas pastāvīgās pretestības vai sprieguma izmaiņās, ko izmanto apgaismojuma mērīšanai un gaismas vadības ķēdēm.
Raksturojums: Nepārtraukta variācija: Analogo signālu amplitūda var nepārtraukti mainīties, precīzi atspoguļojot nelielas fizisko daudzumu svārstības.
Uzņēmīgs pret traucējumiem: pārraides un apstrādes laikā analogos signālus viegli ietekmē troksnis un traucējumi, tādēļ ir nepieciešami atbilstoši filtrēšanas un pastiprināšanas pasākumi.
Augsta precizitāte: atbilstošos apstākļos analogie signāli var nodrošināt augstu mērījumu precizitāti un izšķirtspēju.
Digitālie signāli
Digitālais signāls ir signāls, kura vērtība ir pārtraukta, un tā amplitūda var iegūt tikai ierobežotu skaitu diskrētu vērtību. Atšķirībā no analogajiem signāliem, digitālajiem signāliem ir spēcīgāka pret-traucējumu spēja un lielāka uzticamība pārraides un apstrādes laikā. Attīstoties mikroelektronikai un datortehnoloģijām, arvien vairāk sensoru izmanto digitālā signāla izvades metodes.
Pielietojuma scenāriji: digitālie temperatūras sensori: piemēram, DS18B20, kas iekšēji integrē analogo-uz-digitālo pārveidotāju (ADC), tieši pārveidojot temperatūras mērījumu vērtību digitālā signāla izvadē, atvieglojot saskarni ar mikrokontrolleriem vai datoriem. Akselerometrs: piemēram, MPU6050, kas integrē akselerometra un žiroskopa funkcijas. Tas pārvērš izmērītos datus ciparu signālos, izmantojot iekšējo procesoru, un izvada tos, izmantojot I2C vai SPI interfeisu.
Optiskais kodētājs: izmanto, lai mērītu rotācijas pozīciju vai ātrumu. Tas pārvērš pozīcijas informāciju ciparu impulsu signālos, izmantojot fotoelektriskās pārveidošanas un skaitīšanas shēmas.
Funkcijas: spēcīga pret-traucējumu spēja: digitālajiem signāliem ir spēcīga pret-traucējumu spēja pārraides un apstrādes laikā, efektīvi samazinot trokšņu un traucējumu ietekmi uz signālu.
Viegli apstrādājami: digitālos signālus var tieši savienot ar digitālajām sistēmām, piemēram, mikrokontrolleriem un datoriem, atvieglojot programmēšanu, uzglabāšanu un pārraidi.
Augsta precizitāte: izmantojot augstas -izšķirtspējas analogos-uz-digitālos pārveidotājus un uzlabotus algoritmus, digitālie sensori var nodrošināt augstas-precizitātes mērījumu rezultātus.
Analogo un digitālo signālu atšķirības un savienojumi
Atšķirības: Signāla forma: Analogie signāli ir nepārtraukti signāli, kas laika gaitā mainās, savukārt digitālie signāli ir diskrēti signāli ar pārtraukumiem.
Pret-traucējumu spēja: digitālajiem signāliem ir spēcīgāka pret-traucējumu spēja pārraides un apstrādes laikā, savukārt analogie signāli ir salīdzinoši vājāki.
Apstrādes metode: analogie signāli parasti ir jāapstrādā ar analogajām shēmām, piemēram, filtrēšanu un pastiprināšanu pirms turpmākās digitālās apstrādes; savukārt digitālos signālus var tieši savienot ar digitālajām sistēmām programmēšanai, uzglabāšanai un pārraidei.
Savienojumi: Savstarpēja pārveidošana: praktiski analogos un digitālos signālus var pārvērst vienu otrā, izmantojot analogos{0}}uz-digitālos pārveidotājus (ADC) un digitālos-uz-analogos pārveidotājus (DAC). ADC pārvērš analogos signālus ciparu signālos digitālai apstrādei; DAC pārvērš ciparu signālus analogos signālos, lai vadītu analogās ierīces vai veiktu analogo vadību.
Bieži lietojumi: daudzi mūsdienu sensori izmanto jauktu{0}}signālu apstrādes tehnoloģiju, kas integrē ADC un nepieciešamās digitālās apstrādes shēmas sensorā, lai pārveidotu analogās mērījumu vērtības ciparu signālos tiešai izvadei vai tālākai apstrādei. Šis dizains saglabā analogo signālu augstās precizitātes un jutīguma priekšrocības, vienlaikus izmantojot pret-traucējumu iespējas un digitālo signālu apstrādes vienkāršību.
