1.4. Активные и пассивные сенсоры
До сих пор мы рассматривали примеры простых сенсоров, которые только реагируют на влияние со стороны объекта наблюдения. Такие сенсоры называют "пассивными". В отличие от них "активные" сенсоры сами каким-то специальным образом воздействуют на объект наблюдения (предмет или процесс) и воспринимают вызванные этим изменения.
Функциональная схема таких сенсоров показана на рис. 1.3. Одним из примеров может быть тонометр – сенсор артериального давления крови. Узлом воздействия на объект является в нем манжета, которая накладывается на плечо или на предплечье пациента и создает всестороннее давление на биоткань и кровеносные сосуды. Задатчиком воздействия является надувная резиновая "груша" или миниатюрный компрессор. Чувствительным элементом и одновременно усилителем сигналов служит стетоскоп, который приставляют к артерии, расположенной по направлению тока крови за манжетой.
Рис. 1.3. Функциональная схема "активного" сенсора
Когда манжета сдута, кровь свободно циркулирует по артериям, и в стетоскопе можно услышать глухие удары пульса. Если же закачать в манжету воздух так, чтобы давление стало выше систолического, то артерии перекрываются в результате внешнего давления на них, и пульсирование крови за манжетой прекращается. Постепенно стравливая воздух и уменьшая тем самым внешнее давление на артерии, врач должен уловить тот момент, когда пульсирование крови возобновляется. В этот момент давление воздуха в манжете и её давление извне на артерии приблизительно равны систолическому артериальному давлению крови внутри артерий. При дальнейшем снижении давления в манжете пульсовые волны сначала усиливаются, а потом начинают ослабевать. Когда давление в манжете сравнивается с диастолическим артериальным давлением и опускается ниже, то пульсовые удары значительно ослабляются. Сигнализатором в этом сенсоре является соединенный с манжетой манометр, на котором врач считывает значения систолического (в момент возобновления пульсаций крови) и диастолического давления (в момент значительного ослабления пульсаций). Узла обработки информации в простых тонометрах нет. Эту обработку выполняет человек – врач.
В тонометре одновременно присутствуют и используются 2 чувствительных элемента – приставляемая к артерии мембрана стетоскопа и манометр, реагирующий на изменения давления в манжете. Одновременно используются и 2 сигнализатора – слуховые выходы стетоскопа, которые врач вставляет в уши, чтобы прослушивать биения пульса, и стрелка манометра с соответствующей шкалой.
Другой пример
"активного" сенсора приведем опять
из области физиологии растений. Там в
своё время появилась необходимость
определять объёмный поток жидкости
сквозь стебель или по веткам растения
и изменения этого потока со временем.
Решена эта задача была так. На стебель
(ветку) в одном из мест устанавливают
тонкий нагреватель, например, вольфрамовую
проволоку, сквозь которую пропускается
электрический ток. Нагревая ветку в
месте своего расположения, нагреватель
вместе с ней нагревает и жидкость,
текущую по ветке, до физиологически
допустимой температуры, например, до
39-40
С.
Нагреватель и является в данном случае
узлом воздействия на объект. Задатчиком
воздействия служит регулируемый источник
тока через нагреватель. Дальше по ходу
движения жидкости вдоль стебля на
расстоянии порядка сантиметра
устанавливают второй термочувствительный
элемент (термистор, термопару). Сигнал
от него усиливают, фильтруют по частоте
и подают в электронный узел обработки
информации. Там определяется разность
температур ветки в местах нагревания
и контроля. Чем сильнее поток жидкости,
тем больше тепла переносит с собой
жидкость, и тем меньше разность температур.
Таким образом, по изменению разности
температур определяют изменения
объёмного потока жидкости внутри стебля
(ветки).