Датчик

Датчик (сенсор от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. ^[1]

В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Общие сведения[править | править код]

Датчики (сенсоры от англ. sensor) являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, 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.

История[править | править код]

Началом истории сенсоров принят конец XIX - начало XX века.

1880 год — создание катарометра, который использовался для определения содержания водорода в водяном паре;
1885 год — создана двухэлектродная ячейка Кольрауша;
1888 год — созданы металлические электроды Нернста и др.:

В конце XIX - начале XX вв. под сенсорами (слово "сенсор" от английского слова sense - чувство, ощущение) понимали портативные устройства для определения химического состава среды. Типичная конструкция сенсора включала чувствительный элемент и преобразователь.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, 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. Специальный случай представляет использование датчиков в автоматических системах регистрации параметров, например, в системах научных исследований.^[2]

Определения понятия датчик[править | править код]

Фотосенсор, где чувствительный элемент матрица (фото)-ПЗС.

Широко встречаются два основных значения:

Чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
Законченное изделие, основанное на базе указанных выше элементов.

В зависимости от характера устройства, потребности объёма обработки информации, усиления сигнала, линеаризации, дискретизации, калибровки, аналого-цифрового преобразования с восстановлением и интерфейса для интеграции в системы управления, датчики служат для получения и выдачи оцифрованных сигналов на экраны мониторов и телевизоров. Чувствительный элемент — датчик (сенсор) носит разные названия.

В первом случае датчик — это небольшое, обычно единичное цельное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод (пиксел) и т. п., которое используется самостоятельно в отделных схемах и выполняет узкую функцию преобразования и выдачи отдельного сигнала.

Во втором случае — это законченное по своей функциональности устройство, работающее в системе связанных единичных элементов в системах: автоматического управления, регистрации аналоговых сигналов предметных точек объекта с последующей их обработкой, оцифровкой, созданием выходныой информации в виде изображений на видеоэкранах и др. В данном случае сенсор, как законченная функциональная единица, получил название — фотодатчика или в переводе — фотосенсора.

Применение датчиков[править | править код]

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем все чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определенная тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но для этих устройств преобладает аспект их использования человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

Следует отличать часто неправильно употребляемое в цифрографии понятие матрица (фото) от фотосенсора. Принятое название матрица иторически идёт из полиграфии, металловедении, где в качестве матрицы применялся чугунный полированный образец при исследовании кристаллической решётки чугуна в микроскопе. В полиграфии — матрица — это металлический печатный штамп с набранным текстом из отдельных свинцовых литер. В 1915 году изобрели фотоматрицы в виде прозрачной фотоплёнки с нанесенными буквами и знаками, а вместо наборной машины стал фотоаппарат.^[3] Никакого отношения эта матрица не имеет к сенсору. Можно допустить, приняв понятие матрица (фото) как основной элемент фотосенсора, состоящий из структурных единиц пикселей (фотодиодов), изготовленных в виде отдельного блока типа типографской матрицы, несущий базу полупроводниковых элементов (фотодиодов) на основе кремния (на изображении виден окрашенный основной элемент фотосенсора — матрица). И то только для освещения вопросов самих материалов фотодатчика, химсостава, нанотехнологий изтовления (которые строго засекречены). На конечном этапе техпроцесса изготовления «матрица» принимает вид фотосенсора, идущий для сборки фотоаппаратуры (фотографии его даны в инструкциях эксплуатации). Все зарубежные производители цифровой фотоаппаратуры применяют единственно правильное понятие фотосенсор (в переводе на русский — фотодатчик).