2.1 Cantități fizice

2.1.1 Clasificarea cantităților

Au fost făcute diverse încercări de a stabili un cadru coerent de cantități. Cantitățile fizice pot fi împărțite în subgrupe în funcție de diferite criterii. Acest lucru duce la subgrupuri cu caracteristici diferite.

• În ceea ce privește direcția:

- o cantitate având o direcție este numită vector (de exemplu, viteza);
- o cantitate care nu are o direcție este un scalar (de exemplu, temperatura).

• În ceea ce privește comportamentul în timp:

- o variabilă de stare descrie o proprietate statică;
- o variabilă de rată descrie o proprietate dinamică.

Într-un domeniu, variabilele de stare și rată sunt asociate după cum urmează:

Exemple

Domeniul electric

Domeniul mecanic (translație)

• În ceea ce privește energia :

- o cantitate asociată cu un fenomen energetic: deseori numită o variabilă (de exemplu, curent electric și presiune);

- o cantitate care nu este asociată cu energie sau numai cu energie latentă: deseori numită proprietate (materială) (de exemplu, lungime). Uneori o proprietate este numită și constantă, dar valoarea celor mai multe proprietăți nu este constantă, deci nu vom folosi acest termen.

• În ceea ce privește dependența de masă sau dimensiune:

- o cantitate independentă de dimensiuni sau de cantitatea de materie se numește cantitate intensivă (de exemplu, temperatura este o variabilă intensivă și rezistivitatea este o proprietate intensivă);

- o cantitate care depinde de cantitatea de masă sau de volum (extensia sa) se numește cantitate extensivă (de exemplu, sarcina este o variabilă extensivă și rezistența este o proprietate extensivă).

Rezistivitatea ρ (Ωm) este o proprietate de material pură, în timp ce rezistența R (Ω) depinde atât de material, cât și de dimensiunile corpului rezistorului. În general, relația dintre o cantitate intensivă și una extensivă într-un domeniu este dată de Ae = G·Ai, cu Ae și Ai, cantități generale extensive și intensive și G, un parametru geometric reprezentând, de exemplu, dimensiunea unui senzor. În cele mai multe cazuri, valoarea unei proprietăți materiale este dependentă de orientare. Această dependență este exprimată prin indici adăugați la simboluri (vezi Anexa A).

Variabilele extensive sunt variabile de stare; derivatele lor de timp sunt variabile de rată sau fluxuri. Variabilele intensive sunt identice cu eforturile. Variabilele de flux și de efort sunt discutate atunci când sunt introduse perechi conjugate de variabile.

• Cu privire la punctele finale ale unui element lumped (concentrat):

Pentru a explica această clasificare, introducem mai întâi termenul de element lumped. Un element lumped simbolizează o anumită proprietate a unei componente fizice. Această proprietate este considerată a fi concentrată în acel element, între cele două puncte finale sau noduri. Schimbul de energie sau de informație are loc numai prin intermediul acestor terminale. În acest sens distingem:

- across-variable, (peste) definită de diferența dintre valoarea sa între cele două borne ale unui element lumped (de exemplu, tensiune și viteză);

- through-variable, (prin), o variabilă care are aceeași valoare la ambele terminale ale elementului lumped (de exemplu, curentul electric și forța).

Through-variable sunt de asemenea numite variabile I generalizate; across-variable sunt numite variabile V-generalizate. Totuși, aceasta este doar o chestiune de vedere. Este perfect justificat să le numim forțe și deplasări generalizate. Vom folosi aceste tipuri de variabile în secțiunea 2.1.2 în care se discută relațiile dintre cantități.

• În ceea ce privește cauza și efectul :

Variabilele de ieșire sunt legate de variabilele de intrare în funcție de fizica sistemului. Variabilele de intrare pot aduce un sistem într-o stare particulară care este reprezentată de variabilele sale de ieșire. Deci variabilele de ieșire depind de variabilele de intrare:

- variabile independente sunt aplicate de la o sursă externă la sistem;

- variabilele dependente sunt răspunsurile sistemului la variabilele de intrare.

Evident, o variabilă poate fi dependentă sau independentă, conform cu funcția sa în sistem. De exemplu, valoarea rezistenței unui rezistor poate fi determinată prin aplicarea unei tensiuni pe terminalele sale și măsurarea curentului prin dispozitiv sau doar invers. În primul caz, tensiunea este variabila independentă și este variabila dependentă în cea de-a doua. Relația dintre variabilele independente și dependente este guvernată de efectele fizice, de proprietățile materialelor sau de un anumit sistem. Ea acționează fie într-un domeniu fizic, fie depășește limitele domeniului. Astfel de relații sunt funcționarea fundamentală a senzorilor. Acest lucru este discutat în secțiunea 2.1.2.

• În ceea ce privește conjugarea puterii:

Într-un singur domeniu de energie, perechi de variabile pot fi definite astfel încât produsul lor să fie putere. Ele se numesc variabile conjugate de putere. Membrii unei astfel de perechi se numesc variabila efort și variabila flux. Tabelul 2.1 enumeră aceste variabile pentru diferite domenii.

Rețineți că dimensiunea fiecărui produs este putere (W). Cantitatea magnetică "curent" derivă din definiția intensității câmpului magnetic, unde numărul de amperi-spiră (sau forța magnetomotoare) determină intensitatea câmpului (vezi Capitolul 6). "Tensiunea", variabila ei conjugată de putere este de fapt viteza de variație a fluxului magnetic, cu unitatea Wb/s, dar aceasta este egală cu tensiunea de inducție. Din motive practice, fluxul de căldură (W) este adesea luat ca variabila de flux termic, mai degrabă decât o cantitate legată de entropie, care nu poate fi măsurată într-un mod simplu. Domeniul este, prin urmare, uneori numit pseudotermic (a se vedea ultimul rând din tabelul 2.1). Tabelul 2.2 rezumă diferitele relații dintre variabilele rată, stare, efort și flux pentru domeniile mecanice, electrice, magnetice și termice.

• În ceea ce privește conjugarea energiei :

O altă modalitate de a defini perechi de variabile se bazează pe proprietatea că produsul lor este egal cu energia pe unitatea de volum (J/m³). Tabelul 2.3 enumeră aceste perechi pentru domeniile majore.

Tabelul 2.1 Variabile conjugate de putere pentru diferite domenii

Tabelul 2.2 Rezumatul relațiilor dintre tipurile de variabile

Tabelul 2.3 Variabile conjugate de energie pentru mai multe domenii

Clasificarea cea mai fundamentală a cantităților se bazează pe legi termodinamice. Descrierea este utilă în special în domeniul cercetării materialelor și optimizării materialelor senzorilor. Derivat din abordarea termodinamică este notația Bondgraph cu o diviziune a variabilelor în variabile de efort și flux. Această metodă nu este utilă numai pentru descrierea senzorilor, ci are și o mare importanță în proiectarea tuturor tipurilor de sisteme tehnice, indiferent de tipul de domeniu.

Repetăm ​​lista perechilor variabilelor conjugate din Tabelul 2.3, împreună cu simbolurile lor:

• mecanică (translație): tensiunea T (N/m²) și deformarea S (-);
• mecanică (rotație): tensiunea de forfecare τ (N/m²) și unghiul de forfecare γ (-);
• electrică: intensitatea câmpului E (V/m) și deplasarea dielectrică D (C/m²);
• magnetice: inducția magnetică B (Wb/m²) și intensitatea câmpului magnetic H (A/m);
• termică: temperatura Θ (K) și entropia σ (J/Km³).

Comparând aceste perechi cu grupurile din alte categorii date anterior, putem face următoarele observații. Cantitățile E, D, B, H, T și S sunt variabile vectoriale, în timp ce σ și Θ sunt scalare (adesea desemnate ca Δσ și ΔΘ indicând diferența dintre două valori). Mai mult, în grupele de cantități de mai sus, T, E și Θ sunt variabile-across. Pe de altă parte, S, D și σ sunt variabile-through. În cele din urmă, rețineți că dimensiunea produsului pentru fiecare pereche de domenii este întotdeauna J/m³ (energie per unitate de volum), în timp ce produsul perechilor de variabile efort și flux din tabelul 2.1 are putere dimensională (W).

2.1.2 Relațiile dintre cantități

Conținutul energetic al unui volum infinit de mic dintr-un material dielectric elastic se modifică prin adăugarea sau extragerea energiei termice și prin lucrarea exercitată asupra ei de forțele electrice și mecanice. Dacă numai variabilele-through afectează conținutul energetic, schimbarea poate fi scrisă după cum urmează:

U = TdS + EdD + Θdσ (2.4)

unde nu luăm în considerare domeniul magnetic (în Anexa B acest domeniu este inclus).

Evident, variabilele transversale (across) din această ecuație pot fi exprimate ca derivate parțiale ale energiei:

De asemenea, în cazul în care numai variabilele-across afectează conținutul energetic, modificarea energiei este redată după cum urmează:

dG = -SdT - DdE - σdΘ (2.6)

G este numit potențialul Gibbs (vezi Anexa B). Variabilele intermediare pot fi scrise astfel:

Din aceste ecuații putem deduce diferitele proprietăți ale materialelor. Vom extinde aceste ecuații numai pentru Ec. (2.7) deoarece parametrii care rezultă sunt mai în concordanță cu condițiile experimentale (temperatură constantă, intensitate câmp electric și stres), așa cum este indicat de indici în Ec. (2.5) și (2.7).

Variabilele S, D și Δσ sunt aproximate prin funcții lineare, astfel:

Combinând Ec. (2.6) și (2.7) rezultă în:

Acum avem un set de ecuații care conectează variabilele-through (dependente) S, D și σ cu variabilele-across (independente) T, E și Θ. Configurația sistemului (sau materialul) cuplează variabilele conjugate ale fiecărei perechi. Derivatele de ordinul doi în diagonală reprezintă proprietăți în domeniile respective: mecanic, electric și termic. De exemplu, a doua derivată din stânga sus din Ec. (2.9) reprezintă elasticitatea (sau conformitatea) materialului (de fapt legea lui Hooke). Toate celelalte derivate reprezintă efecte încrucișate. Rețineți că aceste derivate sunt pereche egale deoarece (presupunând ecuații liniare) ordinea diferențierii nu este relevantă:

Deci, derivatele din Ec. (2.9) reprezintă proprietățile materialelor; ele au primit simboluri speciale. Variabilele care denotă constanța sunt puse ca puteri, pentru a face loc pentru indicii care denotă orientarea.

De exemplu, s^E,Θ este conformitatea la câmpul electric constant E și temperatura constantă Θ. Cele nouă efecte asociate sunt afișate în tabelul 2.4.

Tabelul 2.4 Nouă efecte fizice care corespund parametrilor din Ec. (2.10)

Tabelul 2.5 prezintă proprietățile materialelor asociate. Parametrii pentru un singur domeniu (ε, cp și s) corespund celor din tabelele A.2, A.5 și A.8 din Anexa A.

Alți parametri desemnează "efecte încrucișate" și descriu conversia de la un domeniu la altul. Parametrii piezoelectrici p și d vor fi discutați în detaliu în capitolul despre senzorii piezoelectrici.

Tabelul 2.5 Simbolurile, numele parametrilor și unitățile efectelor din tabelul 2.4

Rețineți că piezoelectricitatea directă și piezoelectricitatea inversă au același simbol (d), deoarece dimensiunile sunt egale (m/V și C/N). Același lucru este valabil și pentru piroelectricitatea pereche și piroelectricitatea inversă, precum și pentru dilatarea termică și efectul piezocaloric.

Ec. (2.7) și (2.10) pot fi extinse doar prin adăugarea altor cupluri de cantități conjugate, de exemplu din domeniul chimic sau magnetic. Evident, acest lucru introduce mulți alți parametri materiali. Cu trei cupluri avem nouă parametri, așa cum sunt enumerați în Tabelul 2.3. Cu patru cupluri de cantități intensive și extensive avem 16 parametri, deci șapte mai mult (de exemplu, efectul magnetocaloric, exprimat ca derivata parțială a entropiei la intensitatea câmpului magnetic, vezi Anexa B). Mai mult, anexa B oferă o vizualizare a acestor relații utilizând diagramele Heckman.

2.2 Clasificările senzorilor

Un senzor (sau un traductor de intrare) efectuează conversia informațiilor din domeniul fizic al măsurandului în domeniul electric. Mulți autori au încercat să construiască o schemă consecventă de clasificare a senzorilor care să cuprindă toate principiile senzorilor. O astfel de clasificare a milioane de senzori disponibili ar facilita înțelegerea funcționării lor și alegerea corectă, însă este dificil de definit o bază utilă pentru o clasificare. Există diferite posibilități:

• în funcție de măsurand;

• în funcție de domeniile de aplicare;

• conform unui model de port;

• în funcție de principiul conversiei;

• în funcție de domeniul energetic al măsurandului;

• conform considerentelor termodinamice.

Aceste scheme vor fi discutate pe scurt în următoarele secțiuni.

2.2.1 Clasificarea bazată pe măsurand și câmpul de aplicare

Multe cărți despre senzori urmează o clasificare în funcție de măsurand, deoarece proiectantul care este interesat de o anumită cantitate de măsurat poate găsi rapid o prezentare generală a metodelor pentru acea cantitate. Proiectantul mai experimentat poate consulta, de asemenea, cărți care se ocupă cu o singură cantitate (de exemplu temperatura sau debitul de lichid). Numeroase informații despre senzori pot fi găsite în cărți axate pe o arie de aplicație specifică, de exemplu roboți (mobili) [1], inspecție industrială [2], clădiri [3], fabricare [4], mecatronică [5], auto, biomedicale și multe altele. Cu toate acestea, un câmp de aplicare nu oferă un set limitat de senzori, deoarece în fiecare câmp ar putea fi aplicate mai multe tipuri de senzori.

Figura 2.1 prezintă o listă a cantităților fizice (măsuranzi) [6]. Lista cu siguranță nu este exhaustivă, dar arată numeroasele mărimi măsurande. Pentru fiecare dintre aceste cantități sunt disponibile unul sau mai multe principii de măsurare.

Figura 2.1 Lista cantităților fizice. După S. Middelhoek, SA Audet, Silicon Sensors, Academic Press, Londra, San Diego, New York, Berkeley, Boston, Sydney, Tokyo, Toronto, 1989.

2.2.2 Clasificarea pe baza modelelor de port

Proprietatea distinctă în clasificarea bazată pe modele de port este nevoia de energie auxiliară (fig. 2.2). Senzorii care nu au nevoie de energie auxiliară pentru funcționarea lor sunt numiți senzori direcți sau senzori de auto-generare. Senzorii care au nevoie de o sursă suplimentară de energie pentru funcționarea lor sunt numiți senzori de modulare sau senzori de interogare.

Figura 2.2 Fluxul de energie în senzorii direcți și modulatori.

Senzorii direcți nu necesită energie suplimentară pentru conversie. Deoarece transportul informațiilor nu poate exista fără transport de energie, un senzor direct scoate energia de ieșire direct de la obiectul de măsurare. În consecință, poate apărea pierdere de informații despre starea inițială a obiectului. Există chiar și pierderi de energie - de exemplu, căldură. Un avantaj important al unui senzor direct este independența lui de offset: la intrare zero ieșirea este în esență zero. Exemple de senzori direcți sunt senzorul piezoelectric de accelerație și termocuplul.

Senzorii modulatori sau de interogare utilizează o sursă suplimentară de energie care este modulată de măsurand; energia de ieșire a senzorului provine în principal din această sursă auxiliară și doar o fracțiune de energie este extrasă din obiectul de măsurare. Termenii modulație și interogare se referă la faptul că măsurandul afectează o anumită proprietate materială care la rândul ei este interogată de o cantitate auxiliară. Majoritatea senzorilor aparțin acestui grup: toți senzorii rezistivi, capacitivi și inductivi se bazează pe o schimbare a parametrilor (de exemplu rezistența, capacitatea și inductanța) cauzată de măsurand. De asemenea, majoritatea senzorilor de deplasare sunt de tip modulator: deplasarea unui obiect modulează proprietățile optice sau acustice (de exemplu, transmisie, reflexie și interferență), unde lumina sau sunetul reprezintă cantitatea de interogare.

Energia (și, prin urmare, informația) intră sau iese din sistem printr-o pereche de terminale care formează un "port". Distingem porturi de intrare și porturi de ieșire. Un senzor direct poate fi descris de un model cu două porturi sau un model cu patru terminale (figura 2.3A).

Figura 2.3 Modelele portului unui senzor: (A) model cu două porturi; (B) model cu trei porturi.

Portul de intrare este conectat la măsurand; portul de ieșire corespunde conexiunilor electrice ale senzorului. De asemenea, un senzor modulator poate fi conceput ca un sistem cu trei porturi: un port de intrare, un port de ieșire și un port prin care este livrată energia auxiliară (figura 2.3B). În aceste modele, variabilele sunt indicate cu variabile across sau efort ε, respectiv prin variabile through sau flow Ƒ. Indicii x, y și z sunt aleși în conformitate cu cubul senzorului, pentru a fi discutate în secțiunea 2.2.4.

Senzorii direcți furnizează informații despre măsurand ca semnal de ieșire, o cantitate energetică. Senzorii modulatori conțin informațiile ca valoare a unei proprietăți materială sau o cantitate geometrică, nu un semnal energetic. Informația intră în sistem prin portul de intrare, unde măsurandul afectează parametrii specifici sau geometrici. Pentru a extrage informațiile de la un astfel de senzor, trebuie să fie interogat folosind un semnal auxiliar. Informațiile stocate în senzor sunt disponibile latent, în parametrii de informație latentă sau LIP-uri [7]. Acești parametri sunt modulați de semnalul de intrare și interogați de intrarea auxiliară sau de interogare.

La intrarea zero, LIP-urile unui senzor modulator au valori inițiale, stabilite de material și de construcție. În general, intrarea are doar un efect redus asupra acestor parametri, rezultând abateri relativ mici față de valorile inițiale. Rețineți că senzorii direcți au de asemenea LIP-uri, stabilite de materiale și de construcții. Ele determină sensibilitatea și alte proprietăți de transfer ale senzorului. Deci portul de intrare al tuturor senzorilor poate fi denumit portul de intrare LIP. În consecință, orice senzor poate fi descris cu modelul cu trei porturi din figura 2.3B. Doar funcțiile porturilor pot diferi, în special portul de intrare LIP și portul de intrare interogatoriu.

Conform "modelului traductorului unificat" introdus în Ref. [7], un port de intrare poate fi controlat fie prin proiect (are o valoare fixă), fie prin mediul ambiant (măsurand sau o anumită variabilă de intrare nedorită). Astfel, avem patru cazuri diferite (figura 2.4). Caracteristicile acestor patru tipuri de traductori sunt revăzute pe scurt:

• Intrare LIP controlată-prin proiect și intrare de interogare controlată-prin proiect.

Toate intrările sunt fixe. Acest tip reprezintă o sursă de semnal sau de informație, de exemplu o sursă standard sau de semnal cu o ieșire constantă sau predeterminată. Ieșirea este determinată în totalitate de construcția și materialele care au fost alese. Orice efect al mediului asupra ieșirii este (ideal) exclus.

• Intrare LIP controlată-prin proiect și intrare de interogare controlată-de mediu.

Deoarece parametrii de informație latentă sunt stabiliți prin proiectare, ieșirea depinde numai de ceea ce este conectat la intrarea interogativă. Când acesta este măsurandul, traductorul se comportă ca un senzor direct.
Exemple:

• Senzor de temperatură pentru termocuplu: coeficientul Seebeck este fixat prin alegerea materialelor care alcătuiesc termocuplul.

• Accelerometru piezoelectric: sensibilitatea este fixată prin masa seismică și proprietățile piezoelectrice ale cristalului.

• Intrare LIP controlată-prin mediu și intrare de interogare controlată-prin proiect.

Măsurandul afectează proprietățile materialelor particulare sau parametrii geometrici. Aceste modificări sunt interogate printr-un semnal fix sau bine definit la intrarea de interogare. Traductorul se comportă ca un senzor modulator.
Exemple:

• Punte de mărci tensometrice: deformația modifică rezistența mărcilor tensometrice; o tensiune a punții transformă această variație de rezistență într-o tensiune de ieșire;

• Transformator diferențial variabil inear (LVDT): o deplasare a unui obiect conectat la miezul mobil va schimba raportul de transfer al transformatorului diferențial. Un semnal AC pe bobina primară acționează ca o cantitate de interogare.

• Senzor Hall: măsurandul este un câmp de inducție magnetică, care acționează asupra sarcinilor în mișcare impuse de un curent fix (sau cunoscut) aplicat intrării de interogare.

• Intrare LIP controlată-prin mediu și intrare de interogare controlată-prin mediu.

Acestea sunt traductoare de înmulțire: ieșirea depinde de cantitățile de la ambele intrări, adesea într-o relație multiplicativă. De exemplu, un senzor Hall ar putea acționa ca atare, atunci când intrarea de interogare nu este un curent fix (prin proiect), ci un curent care este legat doar de un alt măsurand.

Figura 2.4 Clasificare unificată a traductorilor.

Este important de reținut că orice traductor practic prezintă toate cele patru tipuri de răspunsuri. O marcă tensometrică (un traductor modulator) produce, atunci când este interogat, o tensiune de ieșire legată de schimbarea rezistenței indusă de deformație. Dar circuitul poate genera, de asemenea, tensiuni false cauzate de semnale induse capacitiv sau magnetic. Un termocuplu (un traductor direct) produce o tensiune de ieșire proporțională cu măsurandul la intrarea de interogare. Cu toate acestea, dacă parametrii materiale se modifică datorită (de exemplu) deformației sau radiațiilor nucleare (intrări la portul LIP), măsurarea este alterată.

Deoarece se dorește doar un singur răspuns, alte răspunsuri ar trebui să fie reduse la minimum printr-o proiectare adecvată. Abordarea universală ajută la identificarea unor astfel de sensibilități de interferență.

2.2.3 Clasificarea pe baza principiilor de conversie

Clasificarea în funcție de principiile de conversie este adesea folosită pentru motivul că performanța senzorului este determinată în principal de fizica principiului de bază al funcționării. Dar, un anumit tip de senzor ar putea fi potrivit pentru o varietate de cantități fizice și în multe aplicații diferite. De exemplu, un senzor magnetic de un anumit tip ar putea fi aplicat ca senzor de deplasare, senzor de viteză, senzor tactil și așa mai departe. Pentru toate aceste aplicații, performanța este limitată de fizica acestui senzor magnetic, dar limitările se manifestă în moduri complet diferite. O privire mai atentă asupra diverselor efecte de conversie poate duce la observația că ieșirea electrică a unui senzor depinde fie de o proprietate materială, fie de geometrie sau de o mișcare. Figura 2.5 prezintă aceste trei fenomene pentru diferite tipuri de senzori.

Figura 2.5 Clasificarea bazată pe principiile de conversie electrică (și exemple de senzori).

2.2.4 Clasificarea în funcție de domeniul energetic

O reprezentare sistematică a efectelor senzorilor bazate pe domenii energetice implică o serie de aspecte. În primul rând, domeniile energetice trebuie definite. În al doilea rând, domeniile energetice ar trebui alocate atât intrării cât și ieșirii senzorilor. În cele din urmă, deoarece numeroși senzori sunt de tip modulator, trebuie luat în considerare și domeniul cantității auxiliare. Din punct de vedere fizic, se pot distinge nouă forme de energie:

• Energie radiantă electromagnetică

• Energia gravitațională

• Energie mecanică

• Energie termică

• Energie electrostatică și electromagnetică

• Energie moleculară

• Energie atomică

• Energie nucleară

• Energia masei

Această clasificare este destul de nepractică pentru descrierea senzorilor. Lion [8] a propus doar șase domenii și a adoptat termenul de domeniu al semnalului. Aceste șase domenii sunt: ​​radiant, termic, magnetice, mecanic, chimic și electric. Numărul de domenii este o alegere destul de arbitrară, deci din motive practice vom continua cu sistemul de șase domenii și le vom numi domenii energetice.

Informațiile conținute în fiecare dintre cele șase domenii pot fi convertite în orice alt domeniu. Aceste conversii pot fi reprezentate într-o matrice de 6 × 6. Figura 2.6 arată matricea, inclusiv unele dintre efectele de conversie. Un traductor, sau un senzor de intrare, efectuează conversia de la un domeniu ne-electric la cel electric (coloana umbrită), iar un traductor sau actuator de ieșire realizează conversia de la un domeniu electric la altul (rândul umbrit). Celulele de pe diagonala matricei indică efectele într-un singur domeniu.

Figura 2.6 Domeniile fizice și unele efecte încrucișate. După S. Middelhoek, SA Audet, Silicon Sensors, Academic Press, Londra, San Diego, New York, Berkeley, Boston, Sydney, Tokyo, Toronto, 1989.

Această reprezentare bidimensională poate fi extinsă la trei dimensiuni, când este inclus domeniul de energie interogată. Aceasta dă 216 de tripleți de energie. Pentru a obține o prezentare clară a tuturor acestor combinații posibile, ele pot fi reprezentate într-un spațiu cartezian 3D, "cubul senzor" (fig. 2.7). Cele trei axe se referă la domeniul energiei de intrare, domeniul energiei de ieșire și energia de intrare interogată.

Figura 2.7 Cubul senzorilor; șase domenii: radiant (ra), termic (th), electric (el), magnetic (ma), mecanic (me) și chimic (ch).

Pe fiecare dintre cele 216 elemente ale matricei 6 × 6 × 6 este localizat un efect de conversie. Când se limitează la traductoarele electrice, există 5 traductoare de intrare directe, 5 traductoare de ieșire directe, 25 traductoare de intrare modulante și 25 traductoare de ieșire modulante.

Pentru a facilita notația, traductoarele pot fi indicate prin indici, ca în cristalografie, așa-numiții indici Miller: [x, y, z]. Indicele x este domeniul de intrare, indicele y este domeniul de ieșire, iar indicele z este domeniul cantității interogate. Cu ajutorul acestor trei indici, un traductor poate fi tipizat în funcție de domeniile energetice implicate. Câteva exemple sunt următoarele:

• Traductor de intrare direct: termocuplu [th, el, 0]

• Traductor de intrare modulator: senzor Hall [ma, el, el]

• Traductor de ieșire direct: LED [el, ra, 0]

• Traductor de ieșire modulator: LCD [ra, ra, el].

Aceste traductoare sunt de asemenea vizualizate în figura 2.7. Valoarea practică a unei astfel de reprezentări este destul de limitată. Acesta poate servi drept bază a unei clasificări pentru prezentări generale sau ca ghid în procesul de selecție a senzorilor.

Referințe

1. Everett HR. Sensors for Mobile Robots: Theory and Application Wellesley, MA: A.K. Peters; 1995; ISBN 1-56881-048-2.

2. Loughlin C. Sensors for Industrial Inspection. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 1993.

3. Gassmann O, Meixner H. Sensors in Intelligent Buildings Weinheim, FRG: Wiley-VCH Verlag GmbH; 2001.

4. Tönshoff HK, Inasaki I. Sensors in Manufacturing Weinheim, FRG: Wiley-VCH Verlag GmbH; 2001.

5. Pawlak AM. Sensors and Actuators in Mechatronics Boca Raton, FL: CRC Press; 2006.

6. Middelhoek S, Audet SA. Silicon Sensors London, San Diego, New York, Berkeley, Boston, Sydney, Tokyo, Toronto: Academic Press; 1989.

7. P.K. Stein, Classification system for transducers and measuring systems, in: Symposium on Environmental Measurements: Valid Data and Logical Interpretation, 4–6 September 1963, US Department of Health Education and Welfare, Washington, DC, 1964, pp. 65–84.

8. Lion K. Transducers: problems and prospects. IEEE Trans Ind Electron Control Instrum.1969;IECI-16:2–5.