Датчики и исполнительные механизмы, полоса пропускания и шум.

Измерительное устройство или датчик (sensor) состоит из двух частей — измерительной головки (sensor head) и преобразователи (transducer), как показано на рис.

Результат измерения — это "реакция измерительной головки датчика", которая на выходе преобразователя представляет собой электрическую величину, распространяющуюся дальше по проводнику. Следовательно, выходной сигнал измерительного. устройства (датчика) есть выходной сигнал преобразователя. В большинстве управляющих систем этот выходной сигнал обычно — и предпочтительно — электрический, однако довольно часто встречаются и пневматические датчики.

Пневматические датчики, по сравнению с электрическими, обычно дешевле, меньше по размерам, проще и нечувствительны к возмущениям. Более того, в условиях взрыво- и пожароопасной среды пневматические датчики более безопасны, чем электрические.

Различают три класса датчиков:

-аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал;

-цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово;

-бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1).

Исполнительное устройство или механизм (actuator) преобразует электрическую энергию в механическую или в физическую величину для воздействия на управляемый процесс. Электродвигатели, управляющие "суставами" промышленного робота, и есть исполнительные механизмы.

В составе исполнительного устройства можно выделить две части (рис. 4.3): во-первых, преобразователь (transducer) и/или усилитель (amplifier), во-вторых, силовой преобразователь (converter) и/или исполнительный механизм (actuator). Преобразователь превращает входной сигнал в механическую или физическую величину, например электромотор преобразует электрическую энергию во вращательное движение: Усилитель изменяет маломощный управляющий сигнал, получаемый от выходного интерфейса компьютера, до значения, способного привести в действие преобразователь. В некоторых случаях усилитель и преобразователь конструктивно составляет одно целое.

Два важных фактора — ширина полосы пропускания и уровень шум а — определяют способ передачи сигналов между компьютером и физическим процессом.

Полоса пропускания {bandwidth) является важным параметром для многих технических приложений —передача данных, системные шины, управление с обратной связью,: — однако в разных случаях термин имеет различные значения.

В передачу информации и управлении с обратной связью полоса пропускания обозначает диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика остается/не меньше заданного значения.

Для системных шин полоса пропускания является синонимом термина "пропускная способность".

Чем шире полоса пропускания, тем быстрее будет реакция датчика или исполнительного механизма. Последнее не всегда является положительным фактором, поскольку в этом случае устройство более восприимчиво к нежелательным высокочастотным возмущениям.

Любой измерительный сигнал искажается возмущениями (disturbances) и шумо м (noise) как в процессе формирования, так и передачи. Одна из основных проблем передачи сигнала — уменьшение влияния шума. Источники шума должны быть изолированы, или, в крайнем случае, их влияние должно быть снижено до минимально возможного уровня.