12.1. Классификация датчиков
Датчики (сенсоры) позволяют получать, регистрировать, обрабатывать и передавать информацию о состоянии различных систем (физическом строении, химическом составе, форме, положении и динамике исследуемой системы).
Существуют различные типы датчиков. Принципы их действия базируются на определенных физических или химических явлениях и свойствах, например, широко известны температурные датчики, дат- чики уровня радиации и др.
Успехи в таких областях, как лазерная физика, физика твердого тела, микроэлектроника, интернет-технологии, материаловедение, квантовая электроника и интегральная оптика, привели к развитию нового направления в разработке датчиков – химических сенсоров.
Энергетические свойства входных величин датчиков позволяют разделить их по виду входных величин на активные и пассивные. В активных датчиках входные величины имеют энергетическую природу (напряжение, сила и т. д.), в пассивных же входные величины имеют неэнергетический характер (электрические – емкость, сопротивление и др.).
По числу воспринимаемых и преобразуемых величин можно выделить одномерные датчики, оперирующие с одной величиной, и n-мер- ные (многомерные) датчики, воспринимающие несколько входных ве- личин. При этом многомерные сенсоры могут иметь общие элементы и поэтому быть проще совокупности одномерных датчиков, воспринимающих столько же величин.
По числу выполняемых (измерительных) функций различают однофункциональные и многофункциональные датчики. Многофункциональные датчики могут помимо основной функции (восприятие величины и формирование измерительного сигнала) выполнять ряд дополнительных функций. Их иногда называют интеллектуальными. К таким датчикам, в принципе, можно отнести аналоговые и цифровые датчики с суммированием сигналов, перестраиваемыми адаптивными режимами работы и параметрами, аналого-цифровым преобразованием, метрологическим обслуживанием и датчики со встроенными микропроцессорами.
К дополнительным функциям многофункциональных сенсоров можно отнести операции обработки данных и фильтрацию, а также коррекцию погрешностей, хранение сигналов, преобразование поля сигналов в изображение, защиту от влияния помех и др.
По числу преобразований энергии и вещества датчики можно разделить на одноступенчатые и многоступенчатые.
По технологии изготовления выделяют элементные сенсоры, изготавливаемые из набора отдельных элементов, и интегральные, в которых все составные элементы датчика изготавливаются одновременно по интегральной технологии.
Особо выделяются биологические датчики, в которых в качестве чувствительных элементов используется рецепторная часть биологических органов чувств, ферменты и другие вещества, а также электронная часть, формирующая измерительные сигналы.
По взаимодействию с источниками информации различают контактные и бесконтактные (дистанционного действия) датчики.
По виду измерительных сигналов датчики подразделяются на аналоговые и цифровые. Для анализа работы аналоговых и цифровых датчиков должен быть использован соответствующий виду анализируемых сигналов математический аппарат.
К современным датчикам предъявляются следующие основные требования: высокие качественные характеристики (чувствительность, точность, линейность, воспроизводимость показаний, скорость отклика, взаимозаменяемость, отсутствие гистерезиса и большое отношение сигнал – шум), высокая надежность (длительный срок службы, устойчивость к внешней среде, безотказность в работе), технологичность (малые габариты и масса, простота конструкции, интегральное исполнение, низкая себестоимость).
К временным характеристикам сенсоров относятся следующие: время отклика, время жизни и время регенерации.
Время отклика необходимо для возникновения равновесия между анализируемым образцом и рецепторным слоем. Время жизни – это срок воспроизводимой работы сенсора, он ограничен деградацией рецепторного слоя. Время регенерации – это время, которое требуется для восстановления работоспособности распознающего элемента.
Для непрерывного мониторинга часто требуется изготавливать сен- соры с проточными ячейками или зондами, которые вносятся в поток анализируемого вещества. Такие сенсоры особенно необходимы для контроля на производстве и мониторинга окружающей среды; их проектирование представляет собой сложную инженерно-техническую работу.
- Введение
- Общие сведения о методах и средствах исследования пищевых продуктов
- Тема 1. Отбор и подготовка пробЫ к анализу
- Тема 2. Погрешности анализа, обработка результатов измерений, методы оценки точности методик
- 2.1. Аналитический сигнал. Методы измерения
- 2.2. Погрешности анализа. Представление результатов анализа
- 2.3. Статистическая обработка результатов прямых равноточных наблюдений (определений)
- 2.4. Оценка грубых погрешностей (промахов)
- Тема 3. Титриметрический анализ
- 3.1. Характеристика титриметрического метода. Кривые титрования
- 3.2. Классификация титриметрических методов анализа
- 3.3. Кислотно-основное титрование
- 3.4. Комплексонометрическое титрование
- 3.5. Окислительно-восстановительное титрование
- 3.6. Осадительное титрование
- Тема 4. Радиометрический анализ и радиационный контроль
- Тема 5. Электрохимические методы анализа
- 5.1. Потенциометрический метод анализа
- 5.2. Кондуктометрический метод анализа
- 5.3. Кулонометрический метод анализа
- 5.4. Вольтамперометрический метод анализа
- Тема 6. Оптические методы исследования
- 6.1. Рефрактометрический анализ
- 6.2. Поляризационный анализ
- 6.3. Нефелометрический и турбидиметрический анализы
- Тема 7. Спектроскопические методы исследования
- 7.1. Понятие спектроскопии. Типы спектров
- 7.2. Фотометрический метод анализа
- 7.3. Радиоспектроскопия, ядерный магнитный и электронный парамагнитный резонансы
- 7.4. Инфракрасная спектроскопия
- 7.5. Ультрафиолетовая спектроскопия
- 7.6. Лазерная спектроскопия
- 7.7. Масс-спектрометрия
- 7.8. Атомно-абсорбционная спектроскопия
- 7.9. Атомно-эмиссионная спектроскопия
- 7.10. Люминесцентный анализ
- Тема 8. Рентгеновские методы исследования
- 8.1. Рентгеновская спектроскопия
- 8.2. Рентгеновский структурный анализ
- 8.3. Рентгеновский фазовый анализ
- Тема 9. Хроматография и родственные методы
- 9.1. Понятие, особенности и классификация хроматографии
- 9.2. Газовая хроматография
- 9.3. Жидкостная хроматография
- 9.4. Ионная хроматография
- 9.5. Капиллярный электрофорез
- Тема 10. Микроскопические методы исследования
- 10.1. Понятие микроскопии
- 10.2. Световая микроскопия
- 10.3. Электронная микроскопия
- Тема 11. Физические методы исследования
- 11.1. Термический анализ
- Отклонение стрелок гальванометров
- 11.2. Методы измерения тепловых и термоэлектрических характеристик
- 11.3. Методы измерения электрофизических характеристик проводящих материалов
- 11.4. Методы измерения диэлектрических свойств
- 11.5. Электрические измерения неэлектрических величин
- 11.6. Измерение магнитных свойств материалов
- 11.7. Электрические и магнитные методы контроля состава и свойств материалов. Устройства и методы неразрушающего контроля
- Тема 12. Электронные датчики химического состава (Химические сенсоры)
- 12.1. Классификация датчиков
- 12.2. Химические датчики (сенсоры)
- 12.3. Биосенсоры
- 12.4. Оптические химические сенсоры
- 12.5. Интеллектуальные сенсорные системы («электронный нос» и «электронный язык»)
- Список литературы
- Содержание