Деформационные интеллектуальные сенсоры

Професійні особливості сприйняття людини людиною

Неодмінною умовою перетворення кожної людини в суб'єкт пізнання інших людей є діяльність, включаючись в яку людина виявляється пов'язаним з цими людьми безліччю певних відносин.

Зазвичай в ситуаціях безпосередньої взаємодії людей завжди вирішується якесь певне завдання. І для кожного з учасників взаємодії в інших партнерах по діяльності важливі, перш за все, ті компоненти їх вигляду і поведінки, які найбільш значимі для рішення завдання діяльності. Відображення цих компонентів в зовнішності і поведінці один одного учасниками діяльності включає два взаємопов'язаних моменти: по-перше, безпосереднє розрізнення і розпізнання їх серед інших компонентів образу і в загальній картині поведінки і, по-друге, інтерпретацію того психологічного змісту, який, як здається учасникам діяльності, укладено в цих компонентах-сигналах і має відношення до розв'язуваної задачі. Зрозуміло, що індивід може отримувати інформацію про іншу людину не тільки шляхом безпосереднього сприйняття його зовнішнього вигляду і поведінки, але й через мову. У цьому випадку слова виступають як код реальних ознак зовнішнього вигляду іншої людини, пережитих їм станів, його дій, намірів, думки. Оскільки в кожному конкретному виді безпосередньої взаємодії людей (спілкування педагога і школяра, контакт лікаря і хворого) для вирішення завдання діяльності мають значення певні компоненти вигляду і поведінки, в які спілкуються осіб створюється установка на відображення і осмислення в іншій людині, насамперед цих компонентів.

Таким чином, сприйняття людьми один одного, виконуючи в діяльності, яка їх об'єднує, пізнавальну і регулятивну роль, разом з тим саме виявляється під сильним впливом цієї діяльності: факт впливу професійної установки на формування у людини образу сприйняття іншої особистості чітко дає себе знати і тоді, коли люди взаємодіють в інших, ніж ця діяльність, умовах. Створюючи стійкий образ і фіксуючи зміни в цій людині і її поведінці у зв'язку з певними причинами, сприйняття дає особистості можливість діяти в спілкуванні доцільно.

При применении микросистемных технологий из всех выше перечисленных деформационных элементов проще всего реализовать мембраны. Им обычно и отдают предпочтение. Непосредственно в кремниевой мембране формируют и кремниевые тензорезисторы, которые преобразуют механическую деформацию в электрические сигналы. Рядом с миниатюрной мембраной в том же кристалле кремния формируют также и микросхемы, требуемые для считывания и электронной обработки сигналов.

Таким образом создают, например, миниатюрные датчики давления воздуха в автомобильных шинах (рис. 2.7 слева). Их размещают внутри каждой шины возле её штуцера так, чтобы они не мешали эксплуатации шин, их вращению, монтажу, демонтажу, балансированию. Информация из сенсоров передается в центральный блок индикации и сигнализации (рис. 2.7 справа) бесконтактным способом с применением локальной микроволновой радиосвязи. О ней мы расскажем в разделе "Электромагнитные сенсоры".

Рис. 2.7. Система контроля давления и температуры в шинах автомобилей. Слева – микроэлектронный сенсор давления и температуры воздуха в автомобильных шинах. Масса 32 г. Срок службы батареи 5 лет. Справа – центральный блок индикации и сигнализации

Каждый датчик имеет свой индивидуальный код, поэтому от каждого из них независимо принимается своя информация. Центральный блок с микрокомпьютером размещается в кабине водителя и является интеллектуальной частью сенсора. На его индикаторе показан условный вид автомобиля сверху с расположением всех шин и отображаются измеренные значения температуры и давления в каждой шине.

Требуемая периодичность и порядок проверки, желательные единицы измерения температуры и давления (градусы Цельсия или Фаренгейта, единицы давления) и критические значения параметров задает пользователь. В случае выхода контролируемых параметров за заданные безопасные пределы выдается световая и звуковая сигнализация.

Использование таких интеллектуальных сенсоров оказалось настолько эффективным и важным для повышения безопасности движения грузового автотранспорта, что в США, например, принято решение о том, чтобы до конца 2008 г. все автомобили массой свыше 4,5 т обязательно были оборудованы системами мониторинга давления в шинах. Такие же правила, скорей всего, со временем будут введены и в других странах мира.

Следующим примером компактного портативного интеллектуального сенсора с деформационными чувствительными элементами, изготовленными с применением МСТ, может быть и прецизионный цифровой манометр давления DPI 740, показанный на рис. 2.8 и рассчитанный на применение как в лабораторных, так и в полевых условиях. С его помощью можно измерять атмосферное давление от 0,75 бар до 1,25 бар и абсолютное давление любого химически не агрессивного газа в диапазонах от 3 кПа до 130 кПа, до 250 кПа и до 360 кПа.

Рис. 2.8. Портативный прецизионный цифровой манометр давления DPI 740. Размер 190х90х36 мм, масса 0,5 кг. Диапазон рабочих температур от –10 С до +50 С. Класс точности 0,02%. Долговременная стабильность 0,01% за год

Высокая точность и стабильность показаний позволили применять его в качестве образцового барометра (вторичного эталона). Наличие микропроцессора сделало возможными автоматический учет влияния температуры, пересчет и высвечивание измеренного значения давления в любых единицах (Па, кПа, гПа, МПа, мм рт. ст., мм вод. ст., кГс/см², бар и т.п. – всего 24 возможности) и в соответствии с любым избранным пользователем шаблоном, пересчет измеренного атмосферного давления в высоту над уровнем моря и т.п.

Результаты измерений с фиксацией даты и времени запоминаются; могут быть вычислены максимальное и минимальное значения давления за любой указанный период. Через интерфейс RS232 сенсор можно соединить с компьютером или с сетью связи. Питание возможно как от встроенных аккумуляторов, так и от обычной электросети.

Следующий пример – это портативные цифровые калибраторы давления РМ110, показанные на рис. 2.9. Они предназначены для поверки и калибровки средств измерения давления (визуальных и записывающих манометров, реле давления и т.п.). Для этого, кроме цифрового манометра, в состав калибратора входит также ручной насос с точным регулированием давления. Пневматический ручной насос позволяет создавать и регулировать давление до 2 МПа, гидравлический ручной насос – до 20 МПа. В состав сенсора входит также измеритель температуры, который нужен для точной термокомпенсации погрешностей измерения давления. Калибратор способен фиксировать не только статическое давление, но и кратковременные скачки давления длительностью от 50 мс. Имеются встроенная память и интерфейс RS232.

Рис. 2.9. Портативные цифровые калибраторы давления PM110L и РМ110Н. Размер цифрового манометра 98х92х33 мм, масса 0,5 кг. Диапазон рабочих температур от –10 С до +50 С. Класс точности 0,05 %. Долговременная стабильность 0,01% за год

Сигнал деформации мембраны, в том числе и микроминиатюрной, можно превращать в электрический сигнал не только с помощью тензорезисторов, но преобразовывать и другими способами. На рис. 2.10 для примера показана конструкция чувствительного к изменениям давления деформационного элемента, который работает по принципу интерферометра Фабри-Перо.

Рис. 2.10. Микроминиатюрный мембранный датчик давления. Слева – конструкция, справа – внешний вид и способ применения

Над подложкой 1 сформирована тонкая мембрана 2, на которую снизу нанесена зеркально отражающая свет пленка 3. Полупрозрачный зеркальный слой нанесен и на торец оптического волокна 4. Между ним и пленкой 3 образуется оптический резонатор, который находится внутри герметически закрытой полости 6, заполненной газом. Если давление извне мембраны превосходит давление в полости 6, то мембрана несколько прогибается внутрь, и расстояние между ней и волокном уменьшается. По оптическому волокну в резонатор вводится монохроматический свет, который, многократно отражаясь от зеркальных поверхностей, интерферирует сам с собой. Поэтому интенсивность отраженного обратно в оптическое волокно света существенно зависит от положения мембраны, и таким образом – от внешнего давления.

Фирма FISO Technologies (www.fiso.com), используя микросистемную технологию, выпускает такого рода чувствительные элементы с внешним диаметром всего лишь 0,55 мм. Внешний вид чувствительного элемента показан на рис. 2.10 справа вверху на фоне пальцев, которые его держат за оптическое волокно, и ушка иглы, сквозь которое он пройдет.

С помощью иглы-катетера 10 диаметром меньше 1 мм, показанной справа внизу, этот миниатюрный датчик давления 8 и тонкое гибкое оптическое волокно 9 можно ввести в исследуемый объем и контролировать там изменения внутреннего давления. Для этого оптическое волокно связано с интеллектуальным сенсором, в котором под управлением микропроцессора включается источник монохроматического света, вводимого в волокно, измеряется интенсивность обратно отраженного светового потока, по калибровочным данным вычисляется внешнее давление на датчик и выводится на дисплей. В медицине, например, такие сенсоры применяют для контроля внутричерепного давления, для измерений давления крови в легочных артериях, куда иным способом невозможно добраться. Такие интеллектуальные сенсоры находят многочисленные применения также и в других областях науки и техники.

В описанном интеллектуальном сенсоре первичный деформационный сигнал мембраны многократно преобразуется. Сначала в резонаторе Фабри-Перо он преобразуется в оптический сигнал, затем в фотоприемнике – в аналоговый электрический. После аналого-цифрового преобразователя сигнал превращается в цифровой код, а затем на дисплее – в оптическое изображение. Такие многократные преобразования сигналов – не редкость. Они типичны для интеллектуальных сенсоров. Но для систематизации таких сенсоров важна природа именно первичного информационного сигнала.

Дата добавления: 2014-01-04