ДА́ТЧИК

Обобщённая схема универсального датчика фазы оптического сигнала: ИС – источник света; СП – светоприёмное устройство; МИОЭ – многофункциональный интегрально-оптический элемент; Р1, Р...

ДА́ТЧИК, пре­об­ра­зо­ва­тель зна­че­ний кон­тро­ли­руе­мых ве­ли­чин (па­ра­мет­ров) фи­зич. объ­ек­тов, про­цес­сов в со­от­вет­ст­вую­щие зна­че­ния сиг­на­лов или воз­дей­ст­вий, удоб­ных для по­сле­дую­щей об­ра­бот­ки (из­ме­ре­ния, ви­зуа­ли­за­ции, ре­ги­ст­ра­ции, хра­не­ния, пе­ре­да­чи и др. вто­рич­ных пре­об­ра­зо­ва­ний). Д. клас­си­фи­ци­ру­ют: по ви­ду кон­тро­ли­руе­мой фи­зич. ве­ли­чи­ны – Д. дав­ле­ния, пе­ре­ме­ще­ния, темп-ры, ско­ро­сти, на­пря­же­ния и т. п.; по ви­ду энер­гии вы­ход­но­го сиг­на­ла – элек­трич., пнев­ма­тич., гид­рав­ли­че­ские и др.; по ха­рак­те­ру мо­ду­ля­ции по­то­ка энер­гии вы­ход­но­го сиг­на­ла – ам­пли­туд­ные, вре­мя­им­пульс­ные, час­тот­ные, фа­зо­вые, ди­скрет­ные (циф­ро­вые). Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли Д., осу­ще­ст­в­ляю­щие пре­об­ра­зо­ва­ние кон­тро­ли­руе­мой ве­ли­чи­ны в элек­три­че­скую, ха­рак­те­ри­зую­щую­ся од­ним из па­ра­мет­ров элек­трич. це­пи (то­ком, на­пря­же­ни­ем, фа­зо­вым сдви­гом, час­то­той, со­про­тив­ле­ни­ем, ин­дук­тив­но­стью, ём­ко­стью и др.). Это обу­слов­ле­но пре­ж­де все­го удоб­ст­вом пе­ре­да­чи элек­трич. сиг­на­ла на рас­стоя­ние, его об­ра­бот­ки и воз­мож­но­стью пре­об­ра­зо­ва­ния элек­трич. энер­гии в ме­ха­нич. ра­бо­ту. Элек­трич. дат­чи­ки под­раз­де­ля­ют на по­тен­цио­мет­рич., тен­зо­мет­рич., пье­зо­элек­трич., ём­ко­ст­ные, ин­дук­тив­ные, во­ло­кон­но-оп­тич. и др. Этот пе­ре­чень всё уве­ли­чи­ва­ет­ся, по­сколь­ку по­сто­ян­но раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся уст­рой­ст­ва для из­ме­ре­ния разл. ро­да про­цес­сов, ос­но­ван­ных, в свою оче­редь, на разл. фи­зич. прин­ци­пах.

Д. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся: за­ко­ном из­ме­не­ния вы­ход­ной ве­ли­чи­ны $y$ в за­ви­си­мо­сти от вход­но­го воз­дей­ст­вия вход­ной ве­ли­чи­ны $x$, пре­де­ла­ми из­ме­не­ний вход­ных $x_{мин}-x_{макс}$ и вы­ход­ных $y_{мин}-y_{макс}$ ве­ли­чин; чув­ст­ви­тель­но­стью, по­ро­гом чув­ст­ви­тель­но­сти (зна­че­ни­ем ми­ним. воз­дей­ст­вия, на ко­то­рое реа­ги­ру­ет Д.) и вре­мен­ны́­ми па­ра­мет­ра­ми (по­сто­ян­ны­ми вре­ме­ни).

Кон­ст­рук­тив­но Д., как пра­ви­ло, со­сто­ит из од­но­го или не­сколь­ких со­еди­нён­ных в еди­ную сис­те­му пре­об­ра­зо­ва­те­лей. Важ­ней­шим из них яв­ля­ет­ся пер­вый пре­об­ра­зо­ва­тель, вос­при­ни­маю­щий кон­тро­ли­руе­мую ве­ли­чи­ну (вос­при­ни­маю­щий ор­ган Д. или чув­ст­вит. эле­мент). Не­ко­то­рые Д. со­сто­ят толь­ко из од­но­го вос­при­ни­маю­ще­го ор­га­на (напр., тер­мо­па­ра, тер­мо­метр со­про­тив­ле­ния, тен­зо­дат­чик и др.). В ря­де слу­ча­ев тер­ми­ном «Д.» поль­зу­ют­ся для обо­зна­че­ния всей пе­ре­даю­щей час­ти уст­рой­ст­ва.

Ха­рак­тер­ная тен­ден­ция кон. 20 – нач. 21 вв. – раз­ра­бот­ка разл. ин­тел­лек­ту­аль­ных Д., в ко­то­рых кон­ст­рук­тив­но объ­е­ди­не­ны чув­ст­вит. эле­мент и уст­рой­ст­во пред­ва­рит. об­ра­бот­ки сиг­на­ла. Так, уни­вер­саль­ный Д. фа­зы оп­тич. сиг­на­ла (рис.), слу­жа­щий для ре­ги­ст­ра­ции внеш­них фи­зич. воз­дей­ст­вий (напр., при де­фор­ма­ции по­верх­но­сти), со­дер­жит мно­го­функ­цио­наль­ный ин­те­граль­но-оп­ти­че­ский эле­мент (МИОЭ), ко­то­рый из­го­тав­ли­ва­ют на ос­но­ве мо­но­кри­стал­ла LiNbO₃. Ис­точ­ник све­та (напр., ла­зер­ный ди­од) из­лу­ча­ет ко­ге­рент­ный сиг­нал, по­сту­паю­щий че­рез МИОЭ [где из­лу­че­ние раз­де­ля­ет­ся на два ка­на­ла (Y-раз­вет­ви­те­ли), и с по­мо­щью фа­зо­во­го мо­ду­ля­то­ра и ди­на­мич. сме­ще­ния раз­но­сти фаз встреч­ных све­то­вых волн про­из­во­дит­ся ком­пен­са­ция фа­зо­во­го сдви­га] на вхо­ды во­ло­кон­но­го кон­ту­ра (оп­тич. во­лок­но яв­ля­ет­ся сре­дой, осу­ще­ст­в­ляю­щей пе­ре­да­чу воз­дей­ст­вия на фа­зу оп­тич. сиг­на­ла). Да­лее час­ти по­ля­ри­зо­ван­но­го из­лу­че­ния, воз­вра­ща­ясь че­рез МИОЭ, по­сту­па­ют на све­то­при­ём­ное уст­рой­ст­во (где ин­тер­фе­ри­ру­ют), а за­тем сиг­нал, про­пор­цио­наль­ный внеш­не­му воз­дей­ст­вию, пе­ре­да­ёт­ся на ре­ги­ст­ри­рую­щую ап­па­ра­ту­ру. Чув­ст­ви­тель­ность Д. к той или иной фи­зич. ве­ли­чи­не оп­ре­де­ля­ет­ся хи­мич. со­ста­вом оп­тич. во­лок­на; напр., ес­ли в со­став во­лок­на до­бав­ле­ны ио­ны ни­ке­ля, то оно ста­но­вит­ся чув­ст­ви­тель­ным к маг­нит­но­му по­лю.

Бла­го­да­ря вне­дре­нию но­вых тех­но­ло­гий про­из­вод­ст­ва (вы­со­ко­ва­ку­ум­ное на­пы­ле­ние, рас­пы­ле­ние, хи­мич. оса­ж­де­ние из га­зо­вой фа­зы, фо­то­ли­то­гра­фия и др.) и но­вых ма­те­риа­лов (напр., спо­соб­ных адап­тив­но из­ме­нять свои свой­ст­ва под дей­ст­ви­ем разл. фак­то­ров ок­ру­жаю­щей сре­ды и управ­ляю­щих воз­дей­ст­вий и вос­ста­нав­ли­вать свой­ст­ва по­сле пре­кра­ще­ния их дей­ст­вия) по­вы­ша­ет­ся ка­че­ст­во Д. и рас­ши­ря­ет­ся об­ласть их при­ме­не­ния. Разл. сфе­ры при­ме­не­ния оп­ре­де­ля­ют раз­но­об­ра­зие тре­бо­ва­ний, предъ­яв­ляе­мых к Д., од­на­ко в боль­шин­ст­ве слу­ча­ев от Д. тре­бу­ют­ся точ­ность, ста­биль­ность вы­ход­ных ха­рак­те­ри­стик, на­дёж­ность, дол­го­веч­ность, ма­лые га­ба­ри­ты и не­вы­со­кая стои­мость.

См. так­же Из­ме­ри­тель­ный пре­об­ра­зо­ва­тель.