Датчики – что это такое, их виды, назначение и применение различных типов

Датчик это электронное или электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования определенного воздействия в электрический сигнал. Это одно из нескольких определений, которое кажется мне наиболее простым и подходящим.

Датчик можно представить как «черный ящик», имеющий нечто на входе и формирующий на выходе сигнал, пригодный для дальнейшей передачи и обработки (рис.1).

В большинстве случаев мы будем рассматривать параметры и характеристики входного воздействия и вид (способ формирования) выходного сигнала, а также, как это можно использовать для решения конкретных задач.

Схемотехника на уровне принципиальных схем в данном контексте нас не интересует.

Датчики различных типов широко применяются в:

• охранной и пожарной сигнализации;
• системах автоматики;
• телеметрии и управления.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Для начала давайте рассмотрим типы устройств с точки зрения характера регистрируемых ими воздействий. Здесь можно выделить две группы:

• контактные;
• бесконтактные.

Первые подразумевают механическое воздействие. Характерным представителем такой группы являются конечные выключатели, приборы регистрирующие и измеряющие давление, скорость потока жидкостей и газов.

Бесконтактные типы используют несколько принципов обнаружения события: магнитный, оптический, микроволновый, емкостной, индукционный, ультразвуковой.

Каждый из них имеет особенности, определяющие область применения. Например, индукционные датчики не реагирует на предметы из немагнитных материалов. Кроме того, тип устройства определяет дальность действия (обнаружения).

Оптические (оптико электронные), микроволновые, ультразвуковые способны работать на значительном удалении от объекта контроля. Остальные предназначены для использования на небольших расстояниях.

Область применения различных видов датчиков.

В зависимости от назначения, датчики позволяют обнаруживать наличие предмета в зоне своего действия, определять его положение, скорость и направление перемещения, геометрические размеры.

Кстати, техническими характеристиками определяется минимальный размер контролируемого объекта, который может составлять от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.

Кроме того датчики используются для контроля температуры, состава, свойств и состояния окружающей среды.

К примеру, датчики дыма в системах пожарной сигнализации позволяют обнаруживать пожар на начальных стадиях. Широко используются датчики уровня, причем как жидкостей, так и сыпучих материалов.

ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ

Поскольку назначением любого преобразователя является не только обнаружение воздействия, но также его преобразование, то классификация датчиков по способу формирования выходного сигнала не менее важна, чем по обнаруживаемому параметру.

Различают следующие типы выходов:

• пороговый;
• аналоговый;
• цифровой.

Первый самый простой и характеризуется двумя состояниями «0», «1» – выключено, включено. В качестве элементов, формирующих такой сигнал выступают «сухие контакты» (реле) или электронные ключи (транзисторные, тиристорные, симисторные и пр. ).

Основным параметром такого выхода является коммутируемые ток и напряжение.

Причем, обратите внимание, могут быть указаны максимальные и (или) номинальные значения. В первом случае имеется в ввиду непродолжительное время работы в указанном режиме, во втором – неограниченно.

Достоинством таких устройств является универсальность – возможность работы практически во всех системах контроля и управления. Исключение могут составлять специализированные системы, «заточенные» под решение специфичных задач и использующие собственную линейку оборудования.

Аналоговый датчик имеет на выходе сигнал, электрические характеристики которого (чаще напряжение) пропорционально зависят от контролируемого воздействия.

В качестве примера можно привести некоторые виды термодатчиков. Для анализа и обработки такого сигнала требуются специальные схемотехнические решения. Плюсом такого исполнения является высокая информативность.

Наверное многие знают что существует двоичный код, то есть последовательность логических уровней («0» – низкий, «1» – высокий). Таким способом можно передавать информацию о состоянии устройства (значение измеряемого параметра), а также его уникальный адрес.

Датчики, использующие такую технологию называются цифровыми. Подобный сигнал также требует дополнительной обработки, следовательно оборудование, работающее по такому принципу должно быть совместимо. Но в простых системах контроля и управления чаще используется первый способ.

В завершение нужно заметить, что датчики, работающие в системах автоматики и управления могут иметь различную степень пыле-влаго защиты и рабочие температурные диапазоны.

Конкретный тип и конструктивное исполнение устройства определяется в зависимости от решаемых задач и условий эксплуатации.

  *  *  *

© 2014-2023 г.г. Все права защищены.

Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

3. Классификация датчиков. Назначение датчиков.

Краткая их характеристика.

Датчик
(чувствительный элемент)- это
устройство преобразующее входную
величину в электрическую на выходе.
Основной
функцией датчика является преобразование
входной величины любой физической
природы в величину на выходе, более
удобную для контроля, регулирования
или управления. В системах автоматики
и телемеханики используется множество
датчиков различных по устройству и
назначению. Они могут быть классифицированы
по определенным признакам, важным в том
или ином отношении. Наиболее полно
позволяет отразить свойства, особенности
и возможности применения датчиков
классификация их по принципу действия.
На основании этого признака электрические
датчики можно разделить на параметрические
и генераторные. К параметрическим
датчикам относятся резисторные,
индуктивные, трансформаторные и
емкостные. Параметрические датчики
используют главным образом для
преобразования механических перемещений,
усилий, температур в электрическое
напряжение, ток или частоту. К генераторным
относятся термоэлектрические,
индукционные, пьезоэлектрические и
фотоэлектрические датчики. Главной
характеристикой датчика является его
чувствительность, которая во многом
определяет возможность применения
датчика в той или иной системе автоматики.

4.Тензодатчик. Назначение, схема, принцип работы

К
датчикам с изменяющимся омическим
сопротивлением
относятся
тензометрические датчики, которые
применяются для измерения упругих
деформаций (измерения растяжения или
сжатия тел), а также для измерения
крутящих и изгибающих моментов,
возникающих на поверхности различных
механических деталей при их механической
нагрузке. Значение измеренной деформации
позволяет с помощью известных формул
теории упругости и упругих констант
(постоянных значений) материала детали
вычислять механические напряжения в
них и судить о целесообразности их
конструкции. Тензодатчики, используемые
в автоматическом контроле дают возможность
следить за деформациями и напряжениями
при статических и динамических нагрузках.

Для
компенсации температурной погрешности
применяют мостовые схемы с двумя
датчиками в смежных плечах моста. Один
из датчиков, например рабочий 1,
наклеивается в направлении действия
усилия, а другой компенсационный 1’
наклеивается так, чтобы расположение
проволоки было перпендикулярно усилию.
Датчик
1’, находясь в одинаковых с рабочим
датчиком тепловых условиях, не должен
реагировать на деформацию. Тогда
температурные изменения сопротивления
уравновешиваются, и баланс схемы не
нарушается. Для увеличения чувствительности
прибор включается через усилитель 2.
Погрешность схемы составляет 1–0,5 %.
Резисторы R1, R2, R3, R4 образуют плечи моста.

5. Потенциометрический датчик. Назначение, схема, принцип работы.

Потенциометрические
датчики представляют собой резистор с
изменяющимся активным сопротивлением.
Конструктивно датчики такого типа
представляют собой каркас прямоугольной
или кольцевой формы на который намотана
в один ряд тонкая проволока. По виткам
проволоки скользит щетка, называемая
движком потенциометра, которая механически
связана с объектом, перемещение которого
нужно измерить. От концов намотки и от
движка сделаны электрические выводы,
с помощью которых датчик включают в
схему. Потенциометрические датчики
выполняют из различных материалов
-обмоточного провода, металлических
пленок, полупроводников и т.д. Входной
величиной датчика является перемещение
контакта (движка), а выходной – изменение
его сопротивления. Достоинства
потенциометрических датчиков:- высокая
точность преобразования;- простота
конструкции;- возможность питания
переменным и постоянным током без
инерционность. К недостаткам относятся:-
наличие подвижного контакта;

а-
линейный, б- угловой, в- схема включения,
1-коркас, 2-провод, 3- токосъемный контакт

CSCI 448 — Разработка мобильных приложений — Задание 4

Это задание необходимо выполнить
до 3 мая 2017 г. до 23:59.

Для этого задания сделайте игру или крутую симуляцию, используя датчик
данные для управления 2D-графикой. Единственным требованием является использование
акселерометр и по крайней мере один другой тип датчика. Так как мы будем
тестируя свое приложение на Nexus 7, придерживайтесь имеющихся датчиков
на этом устройстве: акселерометр, гироскоп, ориентация и окружающий
уровень света.

Ниже приведены некоторые идеи для приложений, которые
соответствующий. Будь креативным!

При создании этого
проект, установите домен так, чтобы он включал , и назовите
app _A4, где userName — ваше имя.

Пример I — Мраморное безумие

Мы включаем некоторые дополнительные элементы в моделирование прокатки
шарик, в виде двух «дырок», нарисованных кружками на экране (см.
фигура). Одно отверстие нарисовано в виде зеленого круга и представляет
цель, в которую вы пытаетесь провести мяч. Другая дыра
рисуется в виде красного круга. Если ваш мяч попадает в красный круг, вы
терять!

Мы добавляем новый датчик для измерения ориентации (т. е.
курс по компасу). Когда пользователь поворачивает устройство, отверстия поворачиваются
в обратном направлении, как показано на рисунке. Это дает пользователю
дополнительный контроль над симуляцией.

Пример II — Прорыв / Арканоид

Воссоздайте классическую игру «Побег», в которой вы бьете по мячу
лопатка для выбивания «кирпичей». Акселерометр используется для
весло двигаться влево и вправо, наклоняя телефон. Кроме того, мы
почувствовать окружающий свет и нарисовать экран другим цветом
схему в зависимости от того, высокий или низкий уровень освещенности.

Например, играть в Arkanoid онлайн можно здесь.

Часть II — Сайт!

Обновите отправленную веб-страницу
с Assignment3, чтобы включить запись для этого назначения. По-прежнему,
включить скриншот (или два) и краткое описание программы,
предназначена для демонстрации того, что ваша программа делает для людей, которые не
знаком с заданием.

Документация

Выполняя это и все будущие задания, вы должны
задокументируйте свой код. Это включает в себя написание комментариев в исходном коде.
— помните, что ваши комментарии должны объяснять, что такое фрагмент кода
должен делать и почему; не просто переписывайте то, что говорит код в
простой английский. Комментарии служат двойной цели объяснения вашего кода.
кому-то незнакомому с ним и помогающему в отладке. Если вы знаете
что должен делать кусок кода, вы можете понять, где
это идет наперекосяк легче.

Надлежащая документация также означает
включая
README.txt
файл с вашим представлением. В папку для отправки всегда включайте
файл называется
README.txt
в котором перечислены:

• Ваше имя / электронная почта
• Номер задания/название проекта
• Краткое высокоуровневое описание того, что представляет собой программа / что она делает
• Раздел использования, объясняющий, как запустить программу, какие ключи
  выполнять какие действия и т. д.
• Инструкции по компиляции вашего кода
• Примечания об ошибках, деталях реализации и т. д., если необходимо

Рубрика оценки

Ваша заявка будет оцениваться в соответствии со следующей рубрикой.

20%	Приложение использует два или более отдельных датчика
25%	2D-графика отображается в приложении
25%	Анимация 2D-графики, управляемая движением датчика
20%	Игра может быть запущена пользователем или симуляция работает постоянно
5%	Исходный код задокументирован с соответствующими Комментарии в стиле Javadoc.
5%	Отправка включает исходный код, Android Студийный проект и файл README.txt. Веб-страница с именем .html отправлен и обновлен со снимком экрана из последнее задание. Представление компилируется и выполняется.

Представление

Убедитесь, что ваш проект
создает исполняемый файл с именем userName_A4. Когда вы
Выполнив задание, соберите свою Android Studio
проект (который включает исходный код Java и XML), README.txt и
www/ папка. Назовите zip-файл userName_A4.zip. Загрузите этот файл в
Доска под А4.

Это назначение должно
до 3 мая 2017 г. до 23:59.

[PDF] Случайное назначение клавиш для безопасных сетей беспроводных датчиков

• DOI: 10.1145/986858.986868
• Идентификатор корпуса: 14410720

 @inproceedings{Pietro2003RandomKF,
  title={Случайное назначение клавиш для безопасных беспроводных сенсорных сетей},
  автор = {Роберто Ди Пьетро и Луиджи В. Манчини и Алессандро Мей},
  booktitle={Семинар ACM по безопасности одноранговых и сенсорных сетей},
  год = {2003}
} 

Распределенная сеть беспроводных датчиков (WSN) — это набор n датчиков с ограниченными аппаратными ресурсами. Датчики могут обмениваться сообщениями через радиочастоту (РЧ), диапазон которой обычно охватывает лишь ограниченное количество других датчиков. Интересная проблема заключается в том, как реализовать безопасную парную связь между любой парой датчиков в WSN. WSN требует полностью распределенных решений, которые особенно сложны из-за ограниченных ресурсов и размера сети. Более того, WSN могут… 

Посмотреть на ACM

нейроннойл. Сети

Описана новая стратегия ESP перед развертыванием псевдослучайного ключа, которая сочетает в себе все следующие свойства: она поддерживает энергоэффективную фазу обнаружения ключа, не требующую связи; он обеспечивает аутентификацию от узла к узлу; и он очень устойчив к умному злоумышленнику.

ECCE: создание улучшенного кооперативного канала для безопасной парной связи в беспроводных сенсорных сетях

• M. Conti, R. D. Pietro, L. Mancini

• Информатика

  Ad Hoc Networks

9005 2 2007

Эффективный и обнаружение отказоустойчивого ключа на основе псевдослучайного ключа перед развертыванием

• Р. Д. Пьетро, ​​Л. Манчини, А. Мей

• Информатика

  18-й Международный симпозиум по параллельной и распределенной обработке, 2004 г. Материалы.

• 2004

Результаты показывают, что предложение псевдослучайного ключа перед развертыванием обеспечивает доказуемо эффективное назначение ключей датчикам, фазу обнаружения ключа с сохранением энергии и устойчиво к модели интеллектуального злоумышленника.

Протоколы для безопасной связи в беспроводных сенсорных сетях

• Harald Vogt

• Информатика

• 2009

Важной задачей является ограничение воздействия набора скомпрометированных узлов о законной работе сети на минимум, и эта цель может быть оптимально достигнута с помощью криптографических механизмов, которые устанавливают прямую связь безопасности между взаимодействующими конечными точками.

УПРАВЛЕНИЕ КЛЮЧАМИ В БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЯХ

• Ф. Каусар

• Информатика

• 2009

Анализ безопасности защищенной групповой схемы распределения ключей показывает, что предложенная схема является вычислительно безопасной и удовлетворяет требованиям безопасности для прямого и обратная секретность, и может значительно снизить требования к хранилищу по сравнению с другими схемами предварительного распределения случайных ключей.

Сенсорная сетевая связь и анализ безопасности с использованием единого случайного ключа для каждого узла

Рекомендуется упрощенный подход, который уменьшает объем хранилища ключей и ограничивает восприимчивость сети к компрометации, основанный на назначении одного случайно выбранного ключа каждому узлу.

Создание и управление ключами для WSN

• Wassim Znaidi, M. Minier

• Информатика

  Telecommun. Сист.

• 2012

В этой статье предлагается протокол управления ключами и контроля доступа, основанный на модели группового развертывания, которая является t-безопасной, т. е. t поврежденных узлов недостаточно для повреждения всех ключей, используемых в сети.

Механизм распределения ключей после развертывания для беспроводных сенсорных сетей

• J. Stankovic, Q. Cao

• Информатика

• 2012

алгоритм распределения ключей на основе топологии и безопасного коммуникационные требования системы, которые позволяют системе восстанавливаться после серьезных атак путем перераспределения ключей.

ПРОТОКОЛ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ

• Li Yang

• Информатика

• 2011

С помощью пользовательского симулятора на основе событий я могу показать, что протокол доверия CSLEACH более энергоэффективен и требует меньше памяти на узел, чем LEACH на основе доверия (TLEACH). ) .

Установление парных ключей в распределенных сенсорных сетях

• Donggang Liu, P. Ning

• Информатика

  CCS ’03

• 2003

Общая схема установления парных ключей между датчиками на основе полинома Представлен протокол предварительного распределения ключей на основе ключа и представлена ​​методика сокращения вычислений на датчиках, необходимых для этих схем.

Безопасное выборочное исключение в специальной беспроводной сети

• Р. Д. Пьетро, ​​Л. Манчини, С. Джаджодиа

• Информатика

  SEC

• 2002

Предлагается распределенный, кооперативный, параллельный алгоритм, безопасное исключение выбранного скомпрометированного датчика из сети и изменение ключей остальных датчиков и может быть принято в качестве независимого уровня для принудительного безопасного исключения в других моделях.

Обеспечение секретности протоколов управления ключами для больших сетей беспроводных датчиков

• Р. Д. Пьетро, ​​Л. Манчини, С. Джаджодиа

• Информатика, математика

  Специальные сети

900 52 2003

Схема управления ключами для распределенных сенсорных сетей

• Лоран Эшенауэр, В. Глигор

• Информатика

  CCS ’02

• 2002

Схема управления ключами, разработанная для удовлетворять как эксплуатационным требованиям, так и требованиям безопасности DSN, что зависит на вероятностном совместном использовании ключей между узлами случайного графа и использует простые протоколы для обнаружения общего ключа и установления ключа пути, а также для отзыва ключа, повторного ввода ключей и постепенного добавления узлов.

Установление парных ключей для безопасной связи в одноранговых сетях: вероятностный подход

• Сенкун Чжу, Шоухуай Сюй, Санджив Сетиа, С. Джаджодиа

• Информатика, математика

  11-я Международная конференция IEEE по сети Протоколы, 2003. Труды.

• 2003

В этом документе представлен масштабируемый и распределенный протокол, который позволяет двум узлам на лету устанавливать парный общий ключ, не требуя использования какого-либо онлайнового центра распространения ключей.

Схемы случайного предварительного распределения ключей для сенсорных сетей

• Haowen Chan, A. Perrig, D. Song

• Компьютерные науки, математика

  2003 Симпозиум по безопасности и конфиденциальности, 2003.

  9005 3

• 2003

Случайно- представлена ​​схема с парными ключами, которая прекрасно сохраняет секретность остальной части сети при захвате любого узла, а также обеспечивает межузловую аутентификацию и отзыв на основе кворума.

ОГРАНИЧЕНИЯ И ПОДХОДЫ К БЕЗОПАСНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ДАТЧИКОВ

• Д. Карман, П. Круус, Б. Мэтт

• Информатика

• 2000

Лаборатории- разработали протоколы ключей на предмет их пригодности для удовлетворения выявленных требований при преодолении энергетических ограничений на поле боя.

Надежная галька

• С. Басаньи, Крис Херрин, Д. Бруски, Э. Рости

• Информатика

  MobiHoc ’01

• 2001

В этой работе предлагается схема управления ключами для периодического обновления симметричных ключей, используемых всеми узлами, сочетающая адаптивную к мобильности кластеризацию и эффективный вероятностный выбор ключа. -генерирующий узел, отвечающий требованиям эффективности, масштабируемости и безопасности, необходимым для живучести сетей pebble (pebblenets).

Ariadne: безопасный протокол маршрутизации по запросу для одноранговых сетей

• Йих-Чун Ху, А. Перриг, Дэвид Б. Джонсон

• Информатика

  MobiCom ’02

• 2002

В этом документе представлены атаки на маршрутизацию в рекламе оперативные сети, а также проектирование и оценка производительности нового безопасного специального протокола сетевой маршрутизации по требованию под названием Ariadne, который не позволяет злоумышленникам или скомпрометированным узлам вмешиваться в бескомпромиссные маршруты, состоящие из нескомпрометированных узлов.

Алгоритмы кластеризации для беспроводных одноранговых сетей

• Лакшми Рамачандран, М. Капур, Абхинанда Саркар, А. Аггарвал

• Информатика

  DIALM ’00

• 2000

900 05 Коммуникационная модель, основанная непосредственно на Bluetooth, новой технологии для повсеместного вычислений, описан и предложен полностью детерминированный O(N) распределенный алгоритм кластеризации в беспроводных одноранговых сетях.