Dasar Intent Kuliah ini dimaksudkan untuk gambaran sensor terminologi dasar seperti yang umumnya digunakan pada lembar data produk dan dalam literatur teknis. Ikhtisar ini disajikan secara umum, serta dalam deskripsi sensor yang spesifik, accelerometer off-the-shelf, ADXL50A. Kemudian, ringkasan dari sirkuit elektronik dasar kita akan meliputi kuartal ini disajikan.

Di mana Sensor Ayo Dari? Ada banyak sensor di luar sana, dan kami akan melakukan yang terbaik untuk menutupi sebagian besar dari mereka kuartal ini. Dalam semua kasus, sensor kita akan melihat adalah hasil dari beberapa macam hasil temuan, dan menarik untuk berpikir tentang bagaimana hal-hal seperti datang untuk menjadi. Di hari ini dan usia, ada peneliti di perusahaan, universitas, dan di luar sana sendiri bersaing untuk menciptakan, merancang, membangun dan menjual sensor yang akan menjadi gelombang besar berikutnya dalam industri. Kompetisi ini telah berlangsung selama puluhan tahun, dan ada beberapa fakta-fakta dasar di tempat kerja: 1. Banyak, penemuan yang jelas mudah telah dicoba dan diselesaikan atau ditinggalkan. Sebagai penemu sensor potensial, penting untuk menyadari bahwa ada banyak orang di luar sana berpikir tentang masalah yang sama, dan setiap hari tidak akan diisi dengan ide-ide yang benar-benar baru. Dimasukkan ke dalam istilah paling keras: sebagian besar hal yang Anda mungkin berpikir telah memikirkan. 2. Beberapa orang yang bekerja di bisnis ini memiliki sumber daya yang besar yang mereka miliki. Misalnya, Universitas profesor peroleh untuk menyewa kerumunan orang-orang terpintar di planet (siswa), membayar mereka dengan harga murah, dan menonton mereka menciptakan dan menguji ide-ide. Atau profesor lain (seperti saya) bisa mengajar kelas di mana mereka meminta siswa mereka untuk datang dengan ide-ide keren, bekerja keluar beberapa rincian, dan kemudian menulis semuanya di sebuah makalah ... Contoh lain termasuk peneliti di laboratorium nasional atau industri besar laboratorium, di mana akses ke keadaan bahan-bahan seni dan peralatan adalah kunci untuk menemukan sensor benar-benar penting berikutnya. Hal ini sangat keras untuk bersaing dengan semua orang. Jadi, akses ke sumber daya (manusia, peralatan, dll) adalah keuntungan besar. 3. Ada beberapa masalah yang benar-benar penting di luar sana. Jika Auto Industry mengatakan itu tertarik membeli 20 juta giroskop dengan harga sebesar $ 10 masing-masing setiap tahun, Anda dapat yakin bahwa ratusan orang berusaha untuk memenuhi tantangan itu. Jadi, ada beberapa industri yang bisa mengatur tantangan yang menjadi fokus kepentingan penemu. Dalam terang ini, saya memiliki beberapa saran dasar untuk orang-orang yang mungkin tertarik menjadi penemu atau pengembang produk. Cukup, saya akan mencegah sebagian besar orang dari mendapatkan ke dalam permainan mencoba untuk menciptakan sensor yang benar-benar penting berikutnya. Namun, ada permainan lain yang menurut saya jauh lebih mudah untuk bermain, dan jauh lebih mungkin untuk menjadi menguntungkan. Singkatnya, saya pikir itu jauh lebih mudah untuk menjadi penemu yang menggunakan sensor dingin berikutnya dalam produk yang sensor pada awalnya tidak dimaksudkan untuk. Berikut ini contohnya: Industri Auto ingin menggunakan gyros untuk kontrol skid otomatis. Karena itu, ada banyak orang yang bekerja pada cara untuk mengembangkan gyros murah untuk mendeteksi penyaradan otomatis. Ada banyak aplikasi lain dari gyros dengan potensi kinerja dasar. Saya pikir bermain cerdas adalah dengan mengasumsikan bahwa industri otomotif akan mendapatkan apa yang diinginkan cepat atau lambat, dan memfokuskan upaya Anda pada memikirkan aplikasi lain dari giro, layak $ 10 kecil. Untuk memenangkan permainan ini, Anda harus berpikir tentang beberapa hal bahwa pemain besar ingin memiliki tersedia, dan memikirkan hal-hal lain yang dapat Anda lakukan dengan mereka. Siapa pemain besar? 1. Auto Industri. Ada 15 juta mobil yang dijual tahun di Amerika Serikat. Sebagian besar komponen biaya $ 5. Jika industri otomotif menginginkan sesuatu, biasanya mereka mendapatkannya. Sekarang, mereka ingin mendeteksi meluncur, mendeteksi lokasi dan orientasi penumpang, dan mereka ingin memberikan bantuan navigasi untuk driver. 2. Industri medis. Anda hanya harus menonton ER atau drama berbasis rumah sakit lainnya di TV yang akan ditampilkan beberapa contoh setiap jam sensor berbasis teknologi medis. Hal-hal besar industri ini ingin adalah sensor kimia darah, murah, diagnostik kecepatan tinggi, perangkat terapi implan, dan tes DNA. 3. Departemen Pertahanan (DoD). Perang dingin mungkin berakhir, tapi Departemen Pertahanan masih memiliki anggaran penelitian terbesar dasar di dunia. Departemen Pertahanan mencintai sensor, dan sangat tertarik pada teknologi yang memungkinkan kita untuk berperang tanpa menempatkan personel beresiko. Malam visi, navigasi, "pintar" tentara, amunisi cerdas, peluru, dll, Stealth teknologi untuk Sonar dan Radar, dan banyak lagi. Departemen Pertahanan biasanya mendapatkan apa yang mereka inginkan, dan mereka memiliki $ $ $ untuk membayar orang-orang untuk bekerja pada masalah mereka, sehingga hal-hal akan muncul. Jadi, membaca di ujung tombak dalam masyarakat, dan membuat asumsi tentang hal-hal yang keluar cepat atau lambat, dan bersiaplah untuk menggunakan hal-hal dengan cara baru ...

Pengantar Sensor Terminologi Untuk tujuan kita, Sensor adalah perangkat yang mengkonversi fenomena fisik menjadi sinyal listrik. Dengan demikian, sensor merupakan bagian dari antarmuka antara dunia fisik dan dunia perangkat listrik, seperti komputer. Bagian lain dari antarmuka ini diwakili oleh Aktuator, yang mengubah sinyal listrik menjadi fenomena fisik. Mengapa kita peduli begitu banyak tentang interface ini? Dalam beberapa tahun terakhir, kemampuan besar untuk pengolahan informasi telah dikembangkan dalam industri elektronik. Contoh terbesar dari kemampuan ini adalah komputer pribadi. Selain itu, ketersediaan mikroprosesor murah adalah memiliki dampak yang luar biasa pada desain produk mulai dari mobil ke oven microwave untuk mainan. Dalam beberapa tahun terakhir, versi ini produk yang memanfaatkan mikroprosesor untuk mengontrol fungsi menjadi banyak tersedia. Dalam mobil, kemampuan tersebut diperlukan untuk mencapai kesesuaian dengan pembatasan polusi. Dalam kasus lain, kemampuan tersebut hanya menawarkan keuntungan kinerja yang murah. Semua mikroprosesor membutuhkan tegangan input listrik dalam rangka untuk menerima instruksi dan informasi. Jadi, bersama dengan ketersediaan mikroprosesor murah telah tumbuh kesempatan bagi penggunaan sensor dalam berbagai macam produk. Selain itu, karena output dari sensor adalah sinyal listrik, kita cenderung untuk mengkarakterisasi sensor dengan cara yang sama kita mencirikan perangkat elektronik. Lembar data untuk banyak sensor yang diformat seperti lembar data produk elektronik. Namun, ada banyak format di luar sana, dan tidak ada sama sekali seperti standar internasional untuk spesifikasi sensor ada. Kami akan menghadapi berbagai interpretasi parameter kinerja sensor, dan kadang-kadang banyak kebingungan akan muncul. Penting bagi Anda untuk menyadari bahwa kebingungan ini bukan karena ketidakmampuan kita untuk menjelaskan arti dari istilah - itu adalah hasil dari fakta bahwa bagian-bagian yang berbeda dari masyarakat sensor mendapatkan nyaman menggunakan istilah-istilah yang berbeda. Adalah penting untuk menyadari fungsi lembar data untuk menangani variabilitas ini. Lembar data terutama dokumen pemasaran. Ini akan dirancang untuk menyoroti atribut positif dari sensor, menekankan beberapa potensi menggunakan sensor, dan mungkin lalai untuk mengomentari beberapa karakteristik negatif dari sensor. Dalam banyak kasus, sensor telah dirancang untuk memenuhi spesifikasi kinerja tertentu untuk pelanggan tertentu, dan lembar data akan berkonsentrasi pada parameter kinerja kepentingan terbesar bagi pelanggan ini. Dalam hal ini, vendor dan pelanggan mungkin sudah terbiasa dengan definisi biasa untuk parameter kinerja sensor tertentu. Sebagai pengguna baru yang potensial seperti sensor, itu awalnya masalah Anda untuk mengenali situasi ini, dan menafsirkan hal-hal yang cukup. Jadi, berharap bahwa Anda akan menemukan definisi yang aneh di sana-sini, dan berharap bahwa Anda akan menemukan bahwa sebagian besar data sensor lembar yang hilang beberapa informasi yang Anda mungkin paling tertarik Itulah sifat bisnis.

Karakteristik Kinerja sensor Definisi Mentransfer Fungsi: Hubungan fungsional antara sinyal input fisik dan sinyal keluaran listrik. Biasanya, hubungan ini diwakili sebagai grafik yang menunjukkan hubungan antara input dan output sinyal, dan rincian dari hubungan ini mungkin merupakan deskripsi lengkap tentang karakteristik sensor. Untuk sensor mahal yang dikalibrasi secara individual, ini mungkin mengambil bentuk kurva kalibrasi bersertifikat. Sensitivitas: Sensitivitas didefinisikan dalam hal hubungan antara sinyal input fisik dan sinyal keluaran listrik. Sensitivitas umumnya rasio antara perubahan kecil dalam sinyal listrik untuk perubahan kecil dalam sinyal fisik. Dengan demikian, maka dapat dinyatakan sebagai turunan dari fungsi transfer sehubungan dengan sinyal fisik. Unit Khas: Volt / Kelvin. Thermometer A akan memiliki "sensitivitas tinggi" jika perubahan suhu yang kecil mengakibatkan perubahan tegangan yang besar. Span atau Dynamic Range: Kisaran sinyal input fisik yang dapat dikonversikan ke sinyal listrik oleh sensor. Sinyal di luar kisaran ini diharapkan menyebabkan ketidaktelitian tidak dapat diterima besarnya. Ini rentang atau jangkauan dinamis biasanya ditentukan oleh pemasok sensor sebagai rentang di mana karakteristik kinerja lainnya dijelaskan dalam lembar data diharapkan berlaku. Khas unit: Kelvin Akurasi: Umum didefinisikan sebagai kesalahan terbesar yang diharapkan antara sinyal output aktual dan ideal. Unit Khas: Kelvin. Kadang-kadang ini dikutip sebagai sebagian kecil dari output skala penuh. Misalnya, termometer dapat dijamin akurat ke dalam 5% dari FSO (Output Skala Penuh) Histeresis: Beberapa sensor tidak kembali ke nilai output yang sama ketika stimulus input bersepeda ke atas atau bawah. Lebar dari kesalahan yang diharapkan dari segi kuantitas yang diukur didefinisikan sebagai histeresis. Khas unit: Kelvin atau% dari FSO Nonlinier (sering disebut Linearitas): Deviasi maksimum dari fungsi transfer linier selama rentang dinamis yang ditentukan. Ada beberapa ukuran kesalahan ini. Yang paling umum membandingkan fungsi transfer aktual dengan garis lurus `terbaik ', yang terletak tengah-tengah antara dua garis sejajar yang meliputi fungsi transfer keseluruhan selama rentang dinamis tertentu perangkat. Ini pilihan metode perbandingan adalah populer karena membuat sensor yang paling terlihat yang terbaik. Kebisingan: Semua sensor menghasilkan beberapa output suara di samping sinyal keluaran. Dalam beberapa kasus, suara dari sensor kurang dari kebisingan dari elemen berikutnya dalam elektronik, atau kurang dari fluktuasi sinyal fisik, dalam hal ini tidak penting. Banyak kasus lain ada di mana suara dari sensor membatasi kinerja sistem berdasarkan sensor. Kebisingan umumnya didistribusikan di seluruh spektrum frekuensi. Banyak sumber kebisingan umum menghasilkan distribusi white noise, yang berarti bahwa kerapatan gangguan spektral adalah sama di semua frekuensi. Noise Johnson di resistor adalah contoh yang baik seperti distribusi suara. Untuk white noise, noise kepadatan spektral ditandai dalam satuan Volt / Akar (Hz). Sebuah distribusi alam ini menambah suara ke pengukuran dengan amplitudo sebanding dengan akar kuadrat dari bandwidth pengukuran . Karena ada hubungan terbalik antara bandwidth dan waktu pengukuran, dapat dikatakan bahwa suara menurun dengan akar kuadrat dari waktu pengukuran. Resolusi: Resolusi sensor didefinisikan sebagai fluktuasi sinyal minimum terdeteksi. Karena fluktuasi adalah fenomena sementara, ada beberapa hubungan antara skala waktu untuk fluktuasi dan amplitudo terdeteksi minimum. Oleh karena itu, definisi resolusi harus mencakup beberapa informasi tentang sifat dari pengukuran yang dilakukan. Banyak sensor dibatasi oleh kebisingan dengan distribusi spektral putih. Dalam kasus ini, resolusi dapat ditentukan dalam satuan sinyal fisik / Akar (Hz). Kemudian, resolusi sebenarnya untuk pengukuran tertentu dapat diperoleh dengan mengalikan jumlah ini dengan akar kuadrat dari bandwidth pengukuran. Sensor lembar data umumnya mengutip resolusi dalam satuan sinyal / Akar (Hz) atau mereka memberikan sinyal terdeteksi minimum untuk pengukuran tertentu. Jika bentuk distribusi noise juga ditentukan, adalah mungkin untuk menggeneralisasi hasil pengukuran apapun. Bandwidth: Semua sensor memiliki waktu respon terbatas bagi suatu perubahan seketika dalam sinyal fisik. Selain itu, banyak sensor memiliki waktu peluruhan, yang akan mewakili waktu setelah langkah perubahan dalam sinyal fisik untuk output sensor untuk pembusukan ke nilai aslinya. The timbal balik dari kedua kali sesuai dengan frekuensi cutoff atas dan bawah, masing-masing. Bandwidth dari sensor adalah rentang frekuensi antara kedua frekuensi. Definisi ini diadaptasi dari orang-orang di Fraden, dan akan digunakan dengan cara ini selama kursus. Sensor Kinerja Karakteristik dari perangkat Contoh Untuk menambahkan substansi definisi ini, kita akan mengidentifikasi nilai-nilai numerik dari parameter untuk accelerometer off-the-shelf, ADXL50A dari Analog Devices . Lihat ADXL50A Lembar data dengan Adobe Acrobat . Transfer Function Hubungan fungsional antara tegangan dan percepatan dinyatakan sebagai

Ungkapan ini dapat digunakan untuk memprediksi perilaku sensor, dan berisi informasi tentang sensitivitas dan offset pada output dari sensor. Kepekaan Sensitivitas dari sensor diberikan oleh turunan dari tegangan sehubungan dengan percepatan pada titik operasi awal. Untuk perangkat ini, sensitivitas adalah 19 mV / g. Dinamis Rentang Untuk accelerometer ADXL50A, jangkauan dinamis yang disebutkan adalah + / - 50g. Untuk sinyal di luar kisaran ini, output sinyal jenuh baik di 0.25V atau 4.75V. Perangkat dapat bertahan sampai dengan 2000g tanpa kerusakan. Histeresis Tidak ada sumber fundamental hysteresis dalam perangkat ini. Tidak disebutkan dari hysteresis dalam Lembar data. Suhu Koefisien Dalam perangkat ini, suhu dapat memperkenalkan perubahan dalam sensitivitas. Perubahan itu kurang dari 1% selama rentang dari -40 sampai +85 derajat Celcius. Ada juga pergeseran offset hingga 35 mV. Linearitas Dalam kasus ini, linearitas adalah perbedaan antara fungsi transfer aktual dan garis lurus terbaik selama rentang operasi tertentu. Untuk perangkat ini, hal ini dinyatakan sebagai kurang dari 0,2% dari output skala penuh. Gambar 5 di Lembar data menunjukkan penyimpangan yang diharapkan dari linearitas. Ketepatan Akurasi pada dasarnya dibatasi oleh nonlinier dan koefisien temperatur. Secara keseluruhan, perangkat ini akurat ke dalam 3% selama rentang sinyal skala penuh dan lebih dari temperatur dari -40 sampai +85 derajat Celcius. Kebisingan Kebisingan di perangkat ini berasal dari sirkuit pengukur elektronik, dan dinyatakan sebagai 125 uV / sqrt (Hz). Ini kepadatan kebisingan harus digunakan untuk menghitung suara yang sebenarnya untuk pengukuran tertentu. Misalnya, jika output disaring oleh low pass-10Hz, Kebisingan RMS akan

Resolusi Resolusi adalah fluktuasi sinyal minimum terdeteksi. Hal ini diberikan oleh kerapatan gangguan tegangan dibagi dengan sensitivitas

Sekali lagi, untuk eksperimen nyata dengan bandwidth 10Hz, resolusi itu akan datang ke 20mg. Bandwidth Bandwidth dari sensor ini tergantung pada pilihan dari sebuah kapasitor eksternal. Untuk UF C = 0,022, Bandwidth adalah kira-kira. 1300Hz. Untuk C = 0,007 uF, B / W = 10 kHz.

Pengantar Elektronik Sensor Elektronik yang pergi bersama dengan elemen sensor fisik seringkali sangat penting untuk perangkat secara keseluruhan. Elektronik sensor dapat membatasi kinerja, biaya, dan berbagai penerapan. Jika dilakukan dengan benar, desain elektronik sensor dapat meningkatkan karakteristik dari seluruh perangkat. Adapun sisa dari kursus ini, tujuannya adalah untuk tidak mempersiapkan Anda untuk merancang sensor dengan sangat rinci. Namun demikian, adalah penting untuk memasukkan beberapa diskusi elektronik sensor. Kami akan fokus pada teknik-teknik dasar untuk memproses sinyal yang paling biasanya dihasilkan oleh sensor. Kebanyakan sensor tidak langsung menghasilkan tegangan. Sebaliknya, kebanyakan sensor bertindak seperti perangkat pasif, seperti resistor, yang nilainya berubah dalam menanggapi rangsangan eksternal. Untuk menghasilkan tegangan yang cocok untuk input ke mikroprosesor dan analog mereka untuk konverter digital, resistor harus `bias 'dan sinyal keluaran perlu diperkuat`'.

Jenis Sensor Resistive Sensor Sirkuit

Gambar 1: Tegangan Divider

Perangkat resistif mematuhi hukum Ohm, yang pada dasarnya menyatakan bahwa ketika arus mengalir melalui resistor, akan ada perbedaan tegangan pada resistor. Jadi, salah satu cara untuk mengukur perlawanan adalah untuk memaksa arus mengalir dan mengukur drop tegangan. Sumber arus dapat dibangun dalam beberapa cara (lihat Horowitz dan Hill untuk banyak contoh yang baik). Salah satu sumber arus termudah untuk membangun adalah untuk mengambil sumber tegangan dan resistor yang stabil yang tahan jauh lebih besar daripada yang Anda tertarik dalam mengukur. Resistor referensi disebut resistor beban, dan konfigurasi resistor kedua kadang-kadang disebut jembatan resistif. Menganalisis resistor beban dan rasa terhubung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, kita dapat melihat bahwa arus yang mengalir melalui sirkuit hampir konstan, karena sebagian besar perlawanan di sirkuit konstan. Oleh karena itu, tegangan di resistor pengertian hampir sebanding dengan hambatan dari resistor pengertian. Seperti disebutkan, resistor beban harus lebih besar daripada resistor akal bagi sirkuit ini untuk menawarkan linearitas yang baik. Akibatnya, tegangan output akan jauh lebih kecil dari tegangan masukan. Oleh karena itu, beberapa amplifikasi akan dibutuhkan. Kapasitansi pengukuran sirkuit Banyak sensor merespon sinyal fisik dengan memproduksi perubahan kapasitansi. Bagaimana kapasitansi diukur? Pada dasarnya, semua kapasitor memiliki impedansi yang diberikan oleh

di mana `f 'adalah frekuensi osilasi dalam Hz,' 'adalah dalam rad / sec, dan` C' adalah kapasitansi dalam farad. The `i 'dalam persamaan ini adalah akar kuadrat dari -1, dan menandakan pergeseran fase antara arus melalui kapasitor dan tegangan pada kapasitor. Sekarang, kapasitor yang ideal tidak bisa lewat saat di DC, karena ada pemisahan fisik antara elemen konduktif. Namun, tegangan osilasi menginduksi osilasi muatan pada pelat kapasitor, yang bertindak seolah-olah ada muatan fisik mengalir melalui sirkuit. Karena osilasi berbalik arah sebelum biaya substansial menumpuk, tidak ada masalah. Hambatan efektif kapasitor adalah karakteristik yang berarti, asalkan kita berbicara tentang tegangan osilasi. Dengan pemikiran ini, kapasitor terlihat sangat mirip resistor. Oleh karena itu, kita dapat mengukur kapasitansi dengan membangun sirkuit pembagi tegangan seperti pada Gambar. 1, dan kita dapat menggunakan salah satu resistor atau kapasitor sebagai resistansi beban. Ini umumnya mudah untuk digunakan resistor, karena resistor murah yang tersedia yang memiliki koefisien temperatur yang jauh lebih kecil daripada kapasitor referensi. Setelah analogi ini, kita dapat membangun jembatan kapasitansi juga. Satu-satunya perbedaan substansial adalah bahwa sirkuit ini harus bias dengan tegangan osilasi. Karena 'perlawanan' dari kapasitor tergantung pada frekuensi bias AC, penting untuk memilih frekuensi ini dengan hati-hati. Dengan demikian, semua keuntungan dari jembatan untuk pengukuran resistansi juga tersedia untuk pengukuran kapasitansi. Namun, memberikan bias AC adalah kerumitan besar. Selain itu, mengubah sinyal AC ke sinyal dc untuk antarmuka mikroprosesor dapat menjadi kerumitan besar. Di sisi lain, ketersediaan sinyal termodulasi menciptakan kesempatan bagi penggunaan beberapa sampel maju dan teknik pengolahan. Beberapa contoh yang baik dijelaskan dalam buku ini, dan ada beberapa lagi dalam buku sirkuit yang bagus, seperti Horowitz dan Hill. Secara umum, osilasi tegangan harus digunakan untuk bias sensor. Hal ini juga dapat digunakan untuk memicu sirkuit sampel tegangan dengan cara yang secara otomatis mengurangi tegangan dari fase jam berlawanan. Beberapa teknik yang sangat berharga, karena sinyal yang berosilasi pada frekuensi yang tepat yang ditambahkan, sedangkan sinyal suara apapun sama sekali frekuensi lainnya dikurangi pergi. Salah satu alasan sirkuit ini telah menjadi populer dalam beberapa tahun terakhir adalah bahwa mereka dapat dengan mudah dirancang dan dibuat dengan menggunakan digital biasa VLSI alat fabrikasi. Jam dan switch yang mudah dibuat dari transistor dalam sirkuit CMOS. Oleh karena itu, desain tersebut dapat dimasukkan dengan biaya tambahan yang sangat kecil - ingat bahwa rangkaian osilator harus ada bias sensor pula. Jadi, kapasitansi sirkuit pengukuran semakin diimplementasikan sebagai terintegrasi jam / sampel sirkuit dari berbagai jenis. Sirkuit tersebut mampu pengukuran kapasitansi yang baik, namun bukan dari pengukuran kinerja sangat tinggi, karena switch clock menyuntikkan biaya suara ke sirkuit. Ini hasil biaya disuntikkan dalam tegangan offset dan kesalahan yang sangat sulit untuk menghilangkan sama sekali. Oleh karena itu, pengukuran kapasitansi sangat akurat masih memerlukan sirkuit presisi mahal. Induktansi pengukuran sirkuit Induktansi juga elemen dasarnya resistif. The 'perlawanan' dari sebuah induktor diberikan oleh

(Di mana L adalah induktansi), dan resistensi ini dapat dibandingkan dengan resistensi dari setiap elemen pasif lain dalam rangkaian pembagi atau dalam rangkaian jembatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 di atas. Sensor induktif umumnya memerlukan teknik mahal untuk pembuatan struktur mekanik sensor, sirkuit begitu murah umumnya tidak banyak berguna. Dalam sebagian besar, hal ini karena induktor umumnya 3-dimensi perangkat, yang terdiri dari kawat melingkar sekitar formulir. Akibatnya, rangkaian pengukuran induktif yang paling sering dari varietas tradisional, mengandalkan pendekatan pembagi resistensi.

Keterbatasan Keterbatasan pengukuran resistansi Memimpin Perlawanan - The kabel terkemuka dari elemen sensor resistif memiliki ketahanan mereka sendiri. Resistensi ini mungkin cukup besar untuk menambahkan kesalahan untuk pengukuran, dan mereka mungkin memiliki ketergantungan temperatur yang cukup besar untuk peduli. Salah satu solusi yang berguna untuk masalah ini adalah penggunaan pendekatan yang disebut 4-kawat resistansi (Figure. 2). Dalam hal ini, saat ini (dari sumber arus seperti pada Gambar. 1) dilewatkan melalui lead dan melalui elemen sensor. Sepasang kedua kabel secara independen melekat pada lead sensor, dan pembacaan tegangan dibuat di dua kabel saja.

Gambar 2: Perlawanan Kompensasi Timbal dengan 4-kawat pengukuran. Perhatikan bahwa 'E' merupakan pengukuran tegangan. Hal ini diasumsikan bahwa alat ukur tegangan tidak menarik arus yang signifikan (lihat poin selanjutnya), sehingga hanya mengukur jatuh tegangan elemen sensor saja. Seperti konfigurasi 4-kawat sangat penting ketika resistansi sensor kecil, dan memimpin perlawanan yang paling mungkin menjadi masalah yang signifikan. Impedansi output - Jaringan pengukuran memiliki karakteristik ketahanan yang, cukup sederhana, menempatkan batas yang lebih rendah pada nilai resistansi yang dapat terhubung di terminal output tanpa mengubah tegangan output. Misalnya, jika resistensi termistor adalah 10k dan resistensi resistor beban 1 MQ, impedansi output dari sirkuit ini adalah sekitar 10k. Jika resistor 1k terhubung di seluruh lead output, tegangan output akan berkurang sekitar 90%. Hal ini karena beban yang diterapkan ke sirkuit (1k) jauh lebih kecil dari impedansi output dari sirkuit (10k), dan output `dimuat ke bawah '. Jadi, kita harus peduli dengan perlawanan yang efektif dari setiap alat ukur yang kita mungkin menempel pada output dari sirkuit tersebut. Ini adalah masalah terkenal, sehingga instrumen pengukuran sering dirancang untuk menawarkan impedansi input maksimum, sehingga dapat meminimalkan efek loading. Dalam diskusi kami, kami harus berhati-hati untuk mengatur impedansi instrumen masukan untuk menjadi jauh lebih besar daripada impedansi sensor output. Keterbatasan pengukuran kapasitansi Nyasar Kapasitansi - Setiap kawat dalam lingkungan dunia nyata memiliki kapasitansi terbatas sehubungan dengan tanah. Jika kita memiliki sensor yang memiliki output yang terlihat seperti sebuah kapasitor, kita harus berhati-hati dengan kabel yang berjalan dari sensor ke seluruh rangkaian. Ini kapasitansi liar muncul sebagai kapasitansi tambahan dalam rangkaian pengukuran, dan dapat menyebabkan kesalahan. Salah satu sumber kesalahan adalah perubahan kapasitansi yang dihasilkan dari kabel ini bergerak sehubungan dengan tanah, menyebabkan fluktuasi kapasitansi yang mungkin bingung dengan sinyal. Karena efek ini dapat disebabkan oleh tekanan akustik yang disebabkan getaran dalam posisi benda, mereka sering disebut sebagai microphonics. Sebuah cara penting untuk meminimalkan kapasitansi liar adalah untuk meminimalkan pemisahan antara elemen sensor dan seluruh rangkaian. Cara lain untuk meminimalkan efek kapasitansi liar disebutkan kemudian - penguat tanah virtual.

Filter Filter elektronik penting untuk memisahkan sinyal dari kebisingan di pengukuran. Selama kursus ini, kita akan melihat sebuah filter sederhana, dan saya akan mengharapkan Anda untuk dapat bekerja melalui sirkuit sederhana dengan beberapa filter di dalamnya. Low pass - Sebuah filter low-pass (. Gambar 3) menggunakan resistor dan kapasitor dalam konfigurasi pembagi tegangan. Dalam hal ini, 'perlawanan' dari kapasitor menurun pada frekuensi tinggi, sehingga tegangan output menurun sebagai meningkat frekuensi masukan. Jadi, sirkuit ini secara efektif menyaring frekuensi tinggi dan 'melewati' frekuensi rendah.

Gambar 3: Rendah-pass Filter Analisis matematis adalah sebagai berikut: Menggunakan notasi kompleks untuk impedansi, biarkan

Menggunakan persamaan pembagi tegangan pada Gambar. 1

Menggantikan Z 1 dan Z 2

Besarnya keluar V adalah

dan fase Vout adalah

Tinggi-pass - The pass filter tinggi adalah persis analog dengan low pass, kecuali bahwa peran resistor dan kapasitor yang terbalik. Analisis filter high-pass adalah sebagai berikut:

Gambar. 4: High-pass Filter Mirip dengan low-pass filter,

Besarnya adalah

dan fase adalah

Band-pass - Dengan menggabungkan filter low-pass dan high-pass bersama-sama, kita dapat membuat filter band-pass yang memungkinkan sinyal antara dua frekuensi osilasi preset. Diagram dan derivasi adalah sebagai berikut:

Gambar. 5: Band-pass Filter Biarkan tinggi-pass filter memiliki roll off frekuensi 1 dan low-pass filter memiliki roll off frekuensi 2 sehingga

Kemudian hubungan antara V keluar dan V dalam adalah

Penguat operasional di tengah sirkuit ditambahkan di sirkuit ini untuk mengisolasi tinggi-pass dari filter low-pass sehingga mereka tidak efektif memuat satu sama lain. The op-amp hanya bekerja sebagai penyangga dalam kasus ini. Dalam bagian berikut, peran op-amp akan dibahas lebih rinci. Untuk lebih memahami tujuan dan teori konfigurasi op-amp pengikut, lihat amplifier Operasional .

Operasional amplifier Op-Amps adalah perangkat elektronik yang digunakan generik yang sangat besar untuk pemrosesan sinyal. Penggunaan op-amp dapat menjadi rumit, tetapi ada beberapa aturan sederhana dan beberapa blok bangunan sederhana sirkuit yang kita butuhkan untuk menjadi akrab dengan memahami sensor yang umum dan sirkuit yang digunakan dengan mereka. Sebuah op-amp pada dasarnya sederhana 2-masukan, 1-perangkat output. Tegangan keluaran adalah sama dengan perbedaan antara masukan non-pembalik dan masukan pembalik dikalikan dengan beberapa nilai yang sangat besar (10 5). Penggunaan op-amp sebagai penguat sederhana ini jarang terjadi.

Gambar 6: Non-pembalik Persatuan Amplifier Gain Salah satu konsep yang benar-benar berharga untuk penggunaan op-amp adalah bahwa umpan balik. Misalnya mempertimbangkan rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 6. Ini disebut konfigurasi pengikut. Perhatikan bahwa masukan pembalik terikat langsung ke output. Dalam kasus ini, jika output kurang dari input, perbedaan antara input adalah kuantitas positif, dan tegangan output akan meningkat. Proses penyesuaian terus - sampai output pada tegangan yang sama dengan masukan non-pembalik. Kemudian, semuanya tetap tetap, dan output akan mengikuti tegangan input non-pembalik. Sirkuit ini tampaknya tidak berguna, sampai Anda mempertimbangkan bahwa impedansi input dari op-amp dapat setinggi 10 9 ohm, sedangkan output dapat banyak pesanan besarnya lebih kecil. Oleh karena itu, ini rangkaian pengikut adalah cara yang baik untuk mengisolasi tahap rangkaian dengan impedansi output yang tinggi dari tahap dengan impedansi input rendah. Ini rangkaian op-amp dapat dianalisis dengan sangat mudah, dengan menggunakan op-amp aturan emas: 1. Tidak ada arus mengalir ke input dari op-amp 2. Ketika dikonfigurasi untuk umpan balik negatif, output akan berada di nilai apa pun yang membuat input tegangan yang sama. Meskipun aturan emas hanya berlaku untuk penguat operasional ideal, op-amp dapat dalam kebanyakan kasus diperlakukan sebagai ideal. Mari kita menggunakan aturan untuk menganalisis sirkuit lagi ...

Gambar. 7: Amplifier Pembalik Gambar. 7 menunjukkan contoh dari sebuah penguat pembalik. Kita dapat memperoleh persamaan dengan mengambil langkah-langkah berikut. 1. Terminal + adalah tanah. Oleh karena itu, - terminal juga tanah. (Peraturan 2) 2. Karena arus yang mengalir dari V ke V di keluar adalah konstan (Aturan 1), V out / R 2 =-V di / R 1 3. Oleh karena itu, gain tegangan V = keluar / V = di-R 2 / R 1

Gambar. 8: Non-pembalik Amplifier Gambar. 8 mengilustrasikan konfigurasi yang berguna dari sebuah op-amp. Ini adalah penguat non-pembalik, yang merupakan ekspresi sedikit berbeda dari penguat pembalik. Mengambil langkah-demi-langkah, 1. V - V = di (Peraturan 2) 2. Karena V - berasal dari pembagi tegangan, V - = (R 1 / (1 + R R 2)) V keluar 3. Oleh karena itu, V = di (R 1 / (1 + R R 2)) V keluar 4. V out / V in = (R 1 + R 2) / R 1 = 1 + R 2 / R 1 Op-amp aturan cukup sederhana bahwa saya akan mengharapkan Anda untuk dapat menggunakannya untuk bekerja melalui sirkuit sederhana dan mencari tahu apa tegangan lakukan.

Ringkasan Kuliah ini telah tinjau karakteristik dasar dari sensor yang dapat Anda harapkan untuk menemukan ditentukan dalam lembar data sensor. Rincian definisi tersebut dibahas untuk kasus termometer perlawanan, dan nilai-nilai numerik yang diproduksi untuk perangkat yang khas. Akhirnya, beberapa latar belakang pada pengukuran listrik dari output sensor diberikan. Beberapa rincian mengenai perilaku filter pasif sederhana dan penguat operasional juga diberikan.