1. Измерительные преобразователи

1.1. Введение. Общие сведения

Понятие об информационном процессе дано в учебном курсе информатики. Одним из основоположников теории информации является Клод Шеннон.

Рис.1. Структура информационного процесса: 1 – источник информации; 2 – канал передачи информации; 3 – приемник информации.

В соответствии с базовыми идеями Шеннона в любом информационном процессе можно выделить четыре составляющих:

- получение сигнала;

- преобразование сигнала;

- пространственно-временная передача;

- обработка информации сигнала приемника.

Примечание: структура информационного процесса, представленная рисунком 1, является базовой. При более полной детализации структуры реальной технической информационной системы каждый из этих трех блоков может быть разбит на множество составляющих.

На основании изложенного можно сформулировать аксиому: любая информационная система невозможна без источника (источников) информации. Может быть предложен следующий вариант классификации источников информации:

1. Память;

2. УУ (управляющее устройство);

3. Информация извне системы (“внешняя информация”).

Примечание: понятие “внешняя информация” может отождествляться с информацией, получаемой извне системы, но ряд систем невозможен без включения источников “внешней информации” в состав системы. В качестве примеров такой организации системы используем датчики температуры ПК: на ЦП, на материнской плате, на БП с регулируемым вентилятором. При анализе подобных систем имеет место зависимость структуризации от уровня детализации системы. Но, необходимо отметить, что любую систему можно рассматривать как совокупность подсистем. А при анализе подсистем источники информации будут четко выделены.

Повторно резюмируем: с доступной нам точки зрения «разумности» система «немыслима» без получения информации извне системы (“внешней информации”). В качестве источников “внешней информации” технических информационных систем используются датчики (Sensor). Один из возможных вариантов структуры датчика показан на рисунке 2.

Рис.2. Вариант структуры ПИП (датчика)

В данной структурной схеме использованы следующие обозначения:

ЧЭ – чувствительный элемент датчика – преобразовательный элемент, непосредственно контактирующий с преобразуемой физической величиной;

ИП – измерительный преобразователь – преобразует контролируемую датчиком величину в сигнал, удобный для дальнейшей обработки (любая обработка так же может рассматриваться как преобразование);

ПИП – первичный измерительный преобразователь (датчик).

Примечания:

1. Структура, показанная на рисунке 2, не является единственным вариантом представления ПИП;

2. В ряде случаев невозможно чёткое выделение в структуре датчика его составляющих (ЧЭ и ИП), тогда он рассматривается как единый блок (Sensor или ЧЭ) и в технической литературе для его обозначения могут использоваться именно эти термины;

3. Имеют место и более сложные структуры датчиков, состоящие более чем из двух преобразователей, причем ИП - ли датчика могут объединяться в систему по различным схемам (см. п.п. 1.2.2.).

В качестве примера датчика рассмотрим манипулятор – «мышь» (см. рисунок 3). ЧЭ этой системы является шарик; измерительными преобразователями его механического перемещения в угловые перемещения, пропорциональные смещению манипулятора по координатам X, Y – два ролика (оси), два обтюратора реализуют дальнейшее измерительное преобразование угловых перемещений осей в последовательности электрических импульсов с изменяющейся скважностью.

Рис.3. Структурная схема ПИП - механическая мышь

Т.о., можно сделать вывод, что для приведённого примера (механический манипулятор – «мышь») вариант структуризации ПИП, представленный рисунком 2, в достаточной степени приемлем. Выделение в структуре данного датчика блоков ЧЭ и ИП очевидно. Но, очевидным должно быть и то, что ИП манипулятора – «мышь» при более полной детализации системы состоит из трёх ИП - ей, объединённых по последовательной схеме.

В качестве второго примера ПИП рассмотрим (предварительно) датчик температуры – термистор. В таком ПИП измерительным преобразователем является объём полупроводника с заданной возможностью прохождения через него электрического тока. Такой ИП может иметь собственный корпус, например, покрытие слоем изолятора (SiO₂) и металлическую «рубашку» поверх последнего (как минимум один из электродов должен быть электрически изолирован от «рубашки»). Такой конструктив ПИП температуры определяет датчик как самостоятельный компонент (не интегрированный с другими электронными составляющими). Пусть для нас этот конструктив будет являться 1-ым вариантом построения термистора. В качестве 2-го рассмотрим вариант термистора, входящего в состав компонентов интегральной микросхемы.

При попытке структурного анализа 1-го варианта конструктива термистора возможно рассмотрение внешних оболочек объёма полупроводника как ЧЭ датчика. Но, большинство авторов современной технической документации считают такой подход нецелесообразным и рассматривают такой ПИП как ЧЭ или сенсор температуры. Для 2-го рассмотренного нами конструктива термистора подход к рассмотрению ПИП как единой структуры ещё более очевиден.