V oblasti moderných technológií sú senzory ako kľúčové zariadenia na snímanie a premenu fyzikálnych veličín široko používané v rôznych priemyselných odvetviach, ako je priemyselná automatizácia, monitorovanie životného prostredia, zdravotníctvo a spotrebná elektronika. Základnou funkciou snímača je konvertovať neelektrické signály (ako je teplota, tlak, intenzita svetla, posunutie atď.) na merateľné a spracovateľné elektrické signály. Na základe formy konvertovaného signálu možno výstupné signály snímačov rozdeliť hlavne do dvoch kategórií: analógové signály a digitálne signály.
Analógové signály
Analógový signál je signál, ktorý sa v priebehu času neustále mení a jeho amplitúda môže nadobúdať akúkoľvek hodnotu a plynule sa meniť v určitom rozsahu. V oblasti senzorov mnoho tradičných senzorov vydáva analógové signály. Výhodou analógových signálov je, že dokážu presne vyjadriť malé zmeny fyzikálnych veličín, pričom ponúkajú vysokú citlivosť a rozlíšenie. Analógové signály sú však počas prenosu a spracovania náchylné na šum a rušenie, čo vedie k skresleniu signálu a zvýšeným chybám.
Aplikačné scenáre: Teplotné senzory: ako sú termočlánky a termistory, ktoré vydávajú analógové signály meraním zmien odporu alebo napätia spôsobených teplotou.
Tlakové snímače: Tieto výstupné analógové signály meraním zmien odporu, kapacity alebo piezoelektrického efektu spôsobeného zmenami tlaku a sú široko používané v priemyselnej automatizácii a hydraulických systémoch.
Fotosenzitívne senzory: ako sú fotorezistory a fotočlánky, ktoré premieňajú zmeny intenzity svetla na nepretržité zmeny odporu alebo napätia, používané na meranie osvetlenia a obvody riadenia svetla.
Charakteristika: Nepretržité kolísanie: Amplitúda analógových signálov sa môže plynule meniť, čo presne odráža malé kolísanie fyzikálnych veličín.
Náchylné na rušenie: Počas prenosu a spracovania sú analógové signály ľahko ovplyvnené šumom a rušením, čo si vyžaduje vhodné filtrovacie a zosilňovacie opatrenia.
Vysoká presnosť: Za vhodných podmienok môžu analógové signály poskytnúť vysokú presnosť merania a rozlíšenie.
Digitálne signály
Digitálny signál je signál, ktorého hodnota je nespojitá a jeho amplitúda môže nadobúdať iba konečný počet diskrétnych hodnôt. Na rozdiel od analógových signálov majú digitálne signály silnejšie-schopnosť proti rušeniu a vyššiu spoľahlivosť počas prenosu a spracovania. S rozvojom mikroelektroniky a počítačovej technológie stále viac a viac senzorov používa metódy digitálneho výstupu signálu.
Aplikačné scenáre: Digitálne snímače teploty: ako napríklad DS18B20, ktoré interne integrujú analógový-na{3}}digitálny prevodník (ADC), ktorý priamo konvertuje nameranú hodnotu teploty na výstup digitálneho signálu, čím uľahčuje prepojenie s mikrokontrolérmi alebo počítačmi. Akcelerometer: Ako napríklad MPU6050, ktorý integruje funkcie akcelerometra a gyroskopu. Prevádza namerané dáta na digitálne signály cez interný procesor a odosiela ich cez I2C alebo SPI rozhranie.
Optický kódovač: Používa sa na meranie rotačnej polohy alebo rýchlosti. Prevádza informácie o polohe na digitálne impulzné signály prostredníctvom fotoelektrických prevodných a počítacích obvodov.
Vlastnosti: Silná-schopnosť proti rušeniu: Digitálne signály majú počas prenosu a spracovania silné-interferencie, čím účinne znižujú vplyv šumu a rušenia na signál.
Jednoduché spracovanie: Digitálne signály môžu byť priamo prepojené s digitálnymi systémami, ako sú mikrokontroléry a počítače, čo uľahčuje programovanie, ukladanie a prenos.
Vysoká presnosť: Vďaka vysoko{0}}analógovému{1}}na{2}}digitálnym prevodníkom s vysokým rozlíšením a pokročilým algoritmom môžu digitálne snímače poskytnúť-vysoko presné výsledky merania.
Rozdiely a prepojenia medzi analógovými a digitálnymi signálmi
Rozdiely: Forma signálu: Analógové signály sú spojité signály, ktoré sa časom menia, zatiaľ čo digitálne signály sú diskrétne signály s nespojitými hodnotami.
Schopnosť proti{0}}rušeniu: Digitálne signály majú počas prenosu a spracovania silnejšiu{1}}schopnosť proti rušeniu, zatiaľ čo analógové signály sú relatívne slabšie.
Metóda spracovania: Analógové signály je zvyčajne potrebné spracovať analógovými obvodmi, ako je filtrovanie a zosilnenie pred následným digitálnym spracovaním; zatiaľ čo digitálne signály môžu byť priamo prepojené s digitálnymi systémami na programovanie, ukladanie a prenos.
Pripojenia: Vzájomná konverzia: V praktických aplikáciách možno analógové a digitálne signály navzájom konvertovať prostredníctvom analógových-na{1}}digitálnych prevodníkov (ADC) a digitálnych-na{3}}analógových prevodníkov (DAC). ADC konvertuje analógové signály na digitálne signály na digitálne spracovanie; DAC konvertuje digitálne signály na analógové signály na riadenie analógových zariadení alebo na vykonávanie analógového riadenia.
Bežné aplikácie: Mnoho moderných senzorov používa zmiešanú{0}}technológiu spracovania signálu, ktorá integruje ADC a potrebné obvody digitálneho spracovania v rámci senzora na konverziu analógových nameraných hodnôt na digitálne signály na priamy výstup alebo ďalšie spracovanie. Tento dizajn si zachováva výhody vysokej presnosti a citlivosti analógových signálov a zároveň využíva schopnosti proti-rušeniu a jednoduchosť spracovania digitálnych signálov.
