От простых сенсоров - к интеллектуальным

Краткие итоги

Cовершенcтвование известных и создание новых сенсоров, постепенный переход от простых, пассивных к более сложным, активным сенсорам, к сенсорам, осуществляющим еще и некоторую обработку информации, затем создание сенсорно-компьютерных систем, начало промышленного выпуска в 80-х г.г. ХХ века однокристальных микрокомпьютеров закономерно привело к рождению качественно нового класса интеллектуальных сенсоров. Описанию таких сенсоров, принципов их работы и посвящен данный цикл лекций.

Сенсор – это устройство (прибор, орган, узел), преобразующее физическое (физико-химическое) изменение в объекте наблюдения, его воздействие на чувствительный элемент в информационный сигнал для пользователя . Сенсор – это связующее звено между реальным "физическим" миром и миром информационных моделей, между материей и информацией.

Интеллектуальный сенсор – это сенсор, имеющий в своем составе микрокомпьютер и благодаря этому способный выполнять достаточно сложную обработку первичной информации; учитывать все необходимые поправки и нелинейности; выдавать данные в наиболее удобной для пользователя форме; активно воздействовать на объект наблюдения, воспринимая и анализируя вызванные этим изменения; производить самоконтроль и самодиагностику; накапливать и систематизировать данные; поддерживать информационную связь с внешним миром; изменять режимы своей работы, адаптируясь к изменяющимся условиям; легко переходить к выполнению других функций и т.д.

Существуют различные способы классификации интеллектуальных сенсоров. В нашем цикле лекций применяется классификация их, исходя из физической природы первичных информационных сигналов.

Набор для практики

Вопросы для самопроверки

1. Какую роль играют сенсоры в нашей жизни?
2. Какую роль играют сенсоры в информатике?
3. Каковы были предпосылки для появления качественно нового класса "интеллектуальных" сенсоров?
4. Какими новыми качествами обладают интеллектуальные сенсоры?
5. Что такое "объект наблюдения" для сенсора? Кто может быть "пользователем" сенсора?
6. Какие функциональные узлы являются обязательными составными элементами сенсора?
7. Какие сенсоры называют "активными"?
8. По каким признакам можно классифицировать сенсоры?
9. По какому принципу классифицируются сенсоры в данном цикле лекций?

Упражнения

Упражнение 1. Установите соответствие между перечисленными в таблице сенсорами, объектами их наблюдения и чувствительными элементами:

Упражнение 2. Приведите пример простого пассивного сенсора и проанализируйте его с целью ответа на следующие вопросы. Что является в нём чувствительным элементом? Что сигнализатором? Имеется ли в нем узел обработки информации? Что собой представляют в нем первичные информационные сигналы? К какому классу сенсоров он относится?

Вариант 1. Магнитный компас.

Вариант 2. Медицинский ртутный термометр.

Вариант 3. Простейший электрокардиограф с записью на бумажную ленту.

Вариант 4. Прибор для определения получаемой растениями суточной светосуммы.

Вариант 5. Психрометр – сенсор температуры и относительной влажности воздуха.

Вариант 6. Стрелочные механические часы.

Упражнение 3. Приведите пример простого активного сенсора и проанализируйте его с целью ответа на следующие вопросы. Что является в нём чувствительным элементом? Что сигнализатором? Что задатчиком и узлом воздействия на объект? Что собой представляют в нем первичные информационные сигналы? К какому классу сенсоров он относится?

Вариант 1. Простейший механический тонометр – сенсор артериального давления крови.

Вариант 2. Прибор для определения объёмного потока жидкости по стеблю растения.

Вариант 3. Эхолот для определения глубины водоёма.

Вариант 4. Головка для считывания штрих-кодов.

Вариант 5. Сахариметр – прибор для определения концентрации сахара в растворе.

Упражнение 4. Приведите пример пассивной сенсорно-компьютерной системы и проанализируйте её с целью ответа на следующие вопросы. Что является в ней чувствительными элементами? Что собой представляют первичные информационные сигналы? К какому классу сенсоров относится эта система?

Вариант 1. Компьютеризированный электрокардиограф.

Вариант 2. Компьютеризированная система магнитокардиографии.

Вариант 3. Компьютерная система видеонаблюдения.

Упражнение 5. Приведите пример активной сенсорно-компьютерной системы и проанализируйте её с целью ответа на следующие вопросы. Что является в ней чувствительными элементами? Что служит узлом (узлами) воздействия на объект? Что собой представляют первичные информационные сигналы? К какому классу сенсоров относится эта сенсорно-компьютерная система?

Вариант 1. Компьютерный томограф.

Вариант 2. Магниторезонансный томограф.

Упражнение 6. На рис. 1.8 приведена функциональная схема сенсора. Что это за сенсор? Установите соответствие между номерами блоков, указанными на рисунке, и их названиями:

Рис. 1.8. Функциональная схема сенсора. МК – микрокомпьютер

а) дисплей;

б) клавиатура;

в) стандартный интерфейс;

г) узел воздействия;

д) усилитель-селектор сигналов;

е) чувствительный элемент.