Цифрові сенсори

Цифрові сенсори - це пристрої, які генерують інформацію про значення величини, вимірюваної у вигляді числа, наприклад, довжини відрізка шляху, часового відтинку або про величину енергії. Часто сигнали аналогових сенсорів перетворюються в цифрові сигнали за допомогою відповідних перетворювачів і використовуються в спеціальних застосуваннях, наприклад, сенсори образу, які можуть автоматично оцінювати поверхню матеріалів.

Iнкрементальні сенсори положення

Інкрементальні сенсори переміщення оснащені лінійкою з рисковими поділками. Читання положення рисок здійснюється оптичними або магнітними методами.

В сенсорах, через які проходить світло, використовуються скляні лінійки з рисками, які поглинають світло і проміжками, які пропускають світло, шириною 4 мкм (рис. 11.41). Пристрої, які зчитують це, складаються з потужного джерела світла, зчитувальної пластинки і електронної системи аналізу. Зчитувальна пластинка теж оснащена рисковими поділками, які поглинають світло і проміжками, які пропускають світло.

Коли проміжки між рисками лінійки знаходяться навпроти проміжків зчитувальної платівки, світло - з джерела світлу - проникає до світлочутливих фотодіодів, в яких сигнали надалі перетворюються електронно. Після пересуву лінійки відносно зчитувальної платівки на ширину рисок світл

Рис.11.40. Бінарний сенсор

температури

о не проникає до фотодіодів. Під час пересування лінійки з рисковими поділками відносно зчитувальної платівки періодично змінюється кількість світла, яке проходить, з періодом, який дорівнює одній поділці лінійки (рис. 11.41). Для розпізнавання напряму пересування лінійки, зчитувальна платівка складається з двох частин. Риски на одній частині зміщені відносно рисок другої частини на ширину риски (1/4 періоду). Завдяки цьому

Рис.11.42. Процес утворення сигналів

в інкрементальному сенсорі положення

зміни освітлення однієї частини платівки зміщені відносно змін на д

Рис.11.41. Інкрементальний сенсор

лінійного переміщення

ругій частині платівки на 1/4 періоду. Під час пересування лінійки вправо перехід від положення з максимальним освітленням за першою частиною платівки до максимального освітлення за другою частиною відповідає пересуву на 1/4 періоду. При пересуванні лінійки вліво такий перехід відповідає пересуву лінійки на 3/4 періоду. Фотодіоди за обидвома частинами зчитувальної платівки генерують відповідно синусоїдальну і косинусоїдальну напруги. Ці обидва процеси можна аналізувати. Наприклад, кожен період можна поділити на 1024 частини. Це називається інтерполяцією. В такий спосіб отримується роздільна здатність порядку нанометра.

Дуже простий метод використання синусоїдальної та косинусоїдальної напруг полягає в їх перетворенні в прямокутні напруги і їх порівняння в реверсивному лічильнику (рис. 11.42). Напруги U₁ i U₂ додаються, в результаті чого при пересуванні лінійки отримуємо прямокутні імпульси напруги U₃.

Диференціюючи електронним способом сигнал U₃, для кожної зміни напруги отримуємо імпульс (напругу U₄ ), а саме додатний імпульс при зміні напруги у додатному напрямі і від’ємний імпульс при зміні у від’ємному напрямі. Кількість цих імпульсів в чотири рази більша, ніж кількість періодів рискових поділок. Таким чином отримуємо чотирикратне перемноження кількості поділок, завдяки чому – при розмірі поділки вимірювальної лінійки 4 мкм – отримуємо роздільну здатність 1 мкм.

Полярність напруги U ₄ залежить від перебігу напруг U₁ i U₂. Коли лінійка пересувається вправо (чорний колір), імпульси U₄ мають таку полярність, як U₁. Коли лінійка пересувається вліво (червоний колір), імпульси U₄ мають таку полярність, як U₂. Це одночасно уможливлює розпізнання напряму руху лінійки.