Jaka jest różnica między czujnikami analogowymi i cyfrowymi

Sam termin „czujnik” oznacza mechanizm zaprojektowany do pomiaru parametru w celu dalszego przetworzenia wyniku pomiaru. Obwód czujnika generuje sygnał w dogodnej formie do transmisji, a następnie sygnał jest przetwarzany, przetwarzany lub przechowywany. Bez czujników w niektórych nowoczesnych obszarach przemysłu oraz w wielu różnego rodzaju urządzeniach, po prostu nie da rady.

Obecnie elektronika umożliwia wytwarzanie czujników elektronicznych zdolnych do monitorowania procesów według kilku parametrów jednocześnie, co znacznie rozszerza możliwości konstruowania złożonych urządzeń pomiarowych i wykonawczych.

Czujnik z konieczności zawiera wrażliwy element i często część konwertera. Głównymi cechami czujników elektronicznych są ich czułość i błąd pomiaru.

Obecnie czujniki analogowe i cyfrowe są wszędzie stosowane w celach naukowych i badawczych, w telemetrii, w systemach kontroli jakości i automatycznym sterowaniu oraz w wielu innych obszarach, które można wymienić w nieskończoność. Tak czy inaczej, są to zawsze te obszary techniczne, w których konieczne jest uzyskanie informacji o pomiarze ilości.

Celem tego artykułu będzie przybliżenie czytelnikowi różnicy między czujnikami analogowymi i cyfrowymi. Przyjrzymy się prostemu przykładowi, w jaki sposób tę samą wartość można śledzić za pomocą czujnika analogowego i cyfrowego, w którym to przypadku wskazane jest użycie czujnika analogowego, a w którym - cyfrowego.

Czujnik analogowy generuje sygnał analogowy na wyjściu, którego wartość poziomu jest uzyskiwana w funkcji czasu, a taki sygnał zmienia się w sposób ciągły, sygnał stale przyjmuje dowolną z wielu możliwych wartości.

Zatem czujniki analogowe nadają się na przykład do śledzenia stale zmieniającej się wielkości fizycznej napięcie na termoparach sygnalizuje zmianę temperatury, a napięcie na uzwojeniu wtórnym przekładnika prądowego jest w pewnym okresie proporcjonalne do prądu obwodu sterowanego. Mikrofon jest czujnikiem zmian ciśnienia od fali dźwiękowej itp.

Z kolei czujniki cyfrowe generują sygnał wyjściowy, który można zarejestrować w postaci sekwencji wartości liczbowych, często sygnał jest binarny, to jest albo wysoki poziom sygnału, albo niski (zero). Gdy sygnał czujnika cyfrowego musi być przesyłany kanałem analogowym, takim jak radio, należy skorzystać z modulacji.

Cyfrowe czujniki dominują w systemach komunikacyjnych, ponieważ ich sygnały wyjściowe są łatwo regenerowane w repeaterze, nawet jeśli występuje szum. W tym sensie sygnał analogowy zostanie zniekształcony przez szum, a dane okażą się niedokładne. Podczas przesyłania informacji czujniki cyfrowe są bardziej akceptowalne.

Spójrzmy na konkretne proste przykłady, najpierw czujnik analogowy, a następnie cyfrowy, aw naszym przykładzie czujniki te zmierzą ten sam parametr - prąd.

Analogowy czujnik prądu

Analogowy czujnik prądu na przekładniku prądowym. Dlaczego analog? Ponieważ w tym przypadku prąd może wzrosnąć, na przykład, od 0 do 5 amperów, podczas gdy napięcie (sygnał) na wyjściu wzrośnie proporcjonalnie od 0 do 1 wolta. Taki czujnik umożliwia ciągłe monitorowanie prądu w mierzonym obwodzie.

Na przykład jest instalowany w Zasilacz PWM, analogowy czujnik prądu wygeneruje analogowy sygnał sprzężenia zwrotnego, a im wyższa jego wartość, tym większy prąd płynie obecnie w obwodzie obciążenia i obwód regulacji szerokości impulsu sterującego, zbudowany na komparatorze, skróci czas trwania impulsu sterującego, doprowadzając prąd obciążenia do wymaganej wartości nominalnej, tak że moc wyjściowa nie wzrośnie niedopuszczalnie wysoka.

Cyfrowy czujnik prądu

Powiedzmy teraz, że mamy do czynienia z rezonansową przetwornicą energii elektrycznej, w której konieczne jest monitorowanie fluktuacji prądu w rezonansowym obwodzie LC, a ważnym parametrem będzie nie tylko wielkość prądu, a nie jego wielkość.

W takim przypadku można również użyć przekładnika prądowego, tylko wyjście przekładnika prądowego nie zostanie obciążone na rezystorze, ale na diodzie Zenera lub diodach ograniczających. Co to da?

Gdy prąd płynie w jednym kierunku, napięcie po stronie wtórnej przekładnika prądowego będzie miało pewną wysoką wartość, a gdy w drugim kierunku - pewną niską wartość. Okazuje się więc, że „1” i „0” - sygnał cyfrowy, a wartości pośrednie nie są potrzebne, są monitorowane przez inny obwód analogowy.

Obecne czujniki kierunku można również wdrożyć na podstawie efektu Halla (cyfrowe czujniki Halla), ale w naszym przykładzie celem było pokazanie podstawowej różnicy między czujnikami analogowymi i cyfrowymi, więc odłóżmy czujnik Halla na bok.