Сначала перечислим основные требования, предъявляемые к современным датчикам.
Высокие качественные характеристики: чувствительность, точность, линейность, воспроизводимость или повторяемость показаний, скорость отклика, взаимозаменяемость, отсутствие гистерезиса и большое отношение сигнал-шум.
Высокая надежность: длительный срок службы, устойчивость к внешней среде, безотказность в работе.
Конечно, изготовление датчиков, удовлетворяющих всем пере, численным здесь требованиям, представляет собой значительную трудность. Однако при работе датчиков совместно с компьютером часть недостатков датчиков можно скомпенсировать за счет вычислительных и логических возможностей машины. В частности, с помощью ЭВМ: 1) линеаризуется нелинейная характеристика датчика; 2) подавляются шумы датчика; 3) корректируется чувствительность и точка нуля, которые обычно изменяются при продолжительной эксплуатации; 4) компенсируется влияние температуры окружающей среды; 5) производится автоматическая диагностика датчиков.
Тенденции развития техники датчиков показывают, что в будущем при разработке датчиков придется решать следующие задачи:
Интегральное исполнение. Распространение интегральной технологии и повышение уровня интеграции, безусловно, затронет и датчики. Уже сейчас на базе этой технологии в датчики встраиваются схемы усилителей, аналого-цифровых преобразователей и другие схемы интерфейса. Современные датчики изображения полностью изготавливаются по технологии БИС.
Комбинирование. Комбинируя несколько датчиков в одном корпусе, можно с помощью одного универсального датчика фиксировать несколько физических параметров одновременно. Например, датчик, измеряющий одновременно температуру и влажность, был бы очень удобен для кондиционеров. Другое направление - комбинирование датчиков с исполнительными устройствами. Например, в последнее время обсуждается создание сплавов с запоминанием формы, сочетающих функции датчиков и исполнительных устройств.
«Интеллектуализация». Датчики и микропроцессор изготавливаются в одном корпусе. При этом сигналы, регистрируемые датчиками, не будут выдаваться на выход непосредственно такими, какие они есть, а будут обрабатываться и контролироваться микропроцессором. Он же будет принимать решения относительно полученных данных и условий окружающей среды. Особенно это необходимо в системах обеспечения безопасности, где недопустима ложная информация.
Датчики на основе оптического волокна. Оптические волокна внедряются очень быстрыми темпами в системах связи, управления банковскими делами, в энергетике, транспорте, черной металлургии
^ других областях, У оптических волокон имеется целый ряд непревзойденных достоинств, стимулирующих их широкое внедрение.
Благодаря малым потерям и широкополосности обеспечивает возможность широкополосной передачи на большие расстояния,
Обладают превосходной стойкостью к воздействию окружающей среды (огонь, влага, реактивные химические среды и др.).
Не проводят ток и не обладают свойством индукции, поэтому не подвержены воздействию электромагнитных помех.
Благодаря высоким изоляционным свойствам не подвержены влиянию разности потенциалов. По этой же причине взрывобезопас» ны.
Очень тонки, легки и гибки.
Нет никаких опасений относительно нехватки природных ресурсов, необходимых для производства.
В настоящее время проводятся интенсивные исследования с целью создания и усовершенствования волоконно-оптических датчиков. По способу обнаружения и измерения контролируемых явлений и параметров подобные датчики можно укрупненно разделить на следующие типы: 1) с непосредственным приемом изображения и передачей его по оптическому волокну; 2) с детектированием на основе свойств самого оптического волокна; 3) с детектированием на основе оптических свойств других материалов (неволоконных); 4) с использованием классических оптических приборов и механических или электромеханических устройств.
Пока еще немного волоконно-оптических датчиков, годных по своим технико-экономическим показателям для практического применения, т.е. эти датчики находятся еще в основном на стадии исследований и разработок. Кроме того, имеются некоторые проблемы на пути внедрения этих датчиков в реальные системы, например, передача энергии для обеспечения работы детекторного элемента и достижение механической точности детекторного элемента, соизмеримой с длиной световой волны.