Каква е разликата между аналогови и цифрови сензори

Самият термин „сензор“ означава механизъм, предназначен за измерване на параметър с цел по-нататъшна обработка на резултата от измерването. Сензорната верига генерира сигнал в удобна за предаване форма, след което сигналът се преобразува, обработва или съхранява. Без сензори в някои съвременни индустриални области и в много оборудване от най-различни видове просто не може да се направи.

Днес електрониката прави възможно производството на електронни сензори, способни да следят процесите по няколко параметъра наведнъж, което значително разширява възможностите за изграждане на сложни измервателни и задействащи устройства.

Сензорът задължително съдържа в своя дизайн чувствителен елемент и често конверторна част. Основните характеристики на електронните сензори са тяхната чувствителност и грешка в измерването.

Към днешна дата аналоговите и цифрови сензори се използват навсякъде за научни и изследователски цели, в телеметрията, в системите за контрол на качеството и автоматизираното управление и в много други области, които могат да бъдат изброени безкрайно. Така или иначе, това винаги са онези технически области, в които е необходимо да се получи информация за измерването на дадено количество.

Целта на тази статия ще бъде да даде на читателя представа за разликата между аналогови и цифрови сензори. Ще разгледаме прост пример за това как една и съща стойност може да бъде наблюдавана от аналогов и цифров сензор и в този случай е препоръчително да се използва аналогов сензор, а в кой - цифров.

Аналогов сензор генерира аналогов сигнал на изхода, чиято стойност на нивото се получава като функция на времето и такъв сигнал се променя непрекъснато, сигналът постоянно приема някоя от многото възможни стойности.

Така че, аналоговите сензори са подходящи за проследяване на непрекъснато променяща се физическа величина, например терминално напрежение на термичната двойка сигнализира за промяна на температурата и напрежението върху вторичната намотка на токовия трансформатор е в определен период пропорционален на тока на управляваната верига. Микрофонът е сензор за промяна на налягането от звукова вълна и т.н.

Цифровите сензори от своя страна генерират изходен сигнал, който може да бъде записан под формата на поредица от числови стойности, често сигналът е двоичен, тоест или високо ниво на сигнала, или ниско (нула). Когато цифров сензор сигнал трябва да бъде предаден по аналогов канал, като радио, прибягвайте до използването на модулация.

Цифровите сензори доминират в комуникационните системи, тъй като изходните им сигнали лесно се регенерират в ретранслатора, дори ако е налице шум. И аналоговият сигнал в този смисъл ще бъде изкривен от шум, а данните ще се окажат неточни. Когато предават информация, цифровите сензори са по-приемливи.

Нека да разгледаме конкретни прости примери, първо аналогов сензор, след това цифров и в нашия пример тези сензори ще измерват един и същ параметър - ток.

Датчик за аналогов ток

Аналогов сензор за ток на токов трансформатор. Защо аналогов? Тъй като в този случай токът може да се увеличи например от 0 до 5 ампера, докато напрежението (сигналът) на изхода ще се увеличи пропорционално от 0 до 1 волта. Такъв сензор позволява непрекъснато наблюдение на тока в измерената верига.

Например инсталирането в PWM захранване, аналоговият сензор за ток ще генерира аналогов сигнал за обратна връзка и колкото по-висока е неговата стойност, толкова по-голям е токът, протичащ в товарната верига в момента, и веригата за регулиране на ширината на импулса за управление, изграден върху сравнител, ще намали продължителността на управляващия импулс, водейки тока на натоварване до необходимата номинална стойност, така че изходната мощност да не се увеличи неприемливо.

Цифров сензор за ток

Сега да кажем, че имаме работа с резонансен преобразувател на електрическа енергия, където е необходимо да се следи колебанията на тока в резонансна верига на LC и важен параметър ще бъде не само и не толкова големината на тока, колкото неговата посока.

В този случай можете да използвате и токов трансформатор, само изходът на токовия трансформатор няма да бъде натоварен на резистора, а върху ценеровия диод или на ограничаващите диоди. Какво ще даде?

Когато токът тече в една посока, напрежението от вторичната страна на токовия трансформатор ще има определена висока стойност, а когато в другата посока - определена ниска стойност. Така се оказва "1" и "0" - цифров сигнал, а междинните стойности не са необходими, те се наблюдават от друга схема, аналогова.

Сегашните сензори за посока също могат да бъдат реализирани въз основа на ефекта на Хол (цифрови сензори на Хол), но в нашия пример целта беше да покажем фундаменталната разлика между аналоговите и цифровите сензори, така че нека оставим сензора на Хол настрана.