Inom området för modern teknik används sensorer, som nyckelanordningar för avkänning och omvandling av fysiska kvantiteter, i stor utsträckning inom olika industrier som industriell automation, miljöövervakning, medicinsk hälsa och konsumentelektronik. En sensors kärnfunktion är att omvandla icke-elektriska signaler (som temperatur, tryck, ljusintensitet, förskjutning, etc.) till mätbara och bearbetbara elektriska signaler. Baserat på formen av den konverterade signalen kan sensorernas utsignaler huvudsakligen delas in i två kategorier: analoga signaler och digitala signaler.
Analoga signaler
En analog signal är en signal som ändras kontinuerligt över tiden, och dess amplitud kan ta vilket värde som helst och variera kontinuerligt inom ett visst område. Inom sensorområdet matar många traditionella sensorer ut analoga signaler. Fördelen med analoga signaler är att de exakt kan uttrycka små förändringar i fysiska kvantiteter, vilket ger hög känslighet och upplösning. Analoga signaler är dock känsliga för brus och störningar under överföring och bearbetning, vilket leder till signalförvrängning och ökade fel.
Tillämpningsscenarier: Temperatursensorer: såsom termoelement och termistorer, som matar ut analoga signaler genom att mäta förändringar i resistans eller spänning orsakade av temperatur.
Trycksensorer: Dessa matar ut analoga signaler genom att mäta förändringar i resistans, kapacitans eller piezoelektrisk effekt som orsakas av tryckförändringar och används ofta i industriell automation och hydrauliska system.
Fotokänsliga sensorer: såsom fotoresistorer och fotoceller, som omvandlar förändringar i ljusintensitet till kontinuerliga förändringar i resistans eller spänning, som används för belysningsstyrkamätning och ljusstyrkretsar.
Egenskaper: Kontinuerlig variation: Amplituden hos analoga signaler kan variera kontinuerligt, vilket exakt återspeglar små fluktuationer i fysiska storheter.
Störningskänslig: Under överföring och bearbetning påverkas analoga signaler lätt av brus och störningar, vilket kräver lämpliga filtrerings- och förstärkningsåtgärder.
Hög precision: Under lämpliga förhållanden kan analoga signaler ge hög mätnoggrannhet och upplösning.
Digitala signaler
En digital signal är en signal vars värde är diskontinuerligt, och dess amplitud kan bara ta ett ändligt antal diskreta värden. Till skillnad från analoga signaler har digitala signaler starkare anti-störningsförmåga och högre tillförlitlighet under överföring och bearbetning. Med utvecklingen av mikroelektronik och datorteknik antar fler och fler sensorer digitala signalutmatningsmetoder.
Applikationsscenarier: Digitala temperatursensorer: som DS18B20, som integrerar en analog-till-digitalomvandlare (ADC) internt, direkt omvandlar temperaturmätvärdet till en digital signalutgång, vilket underlättar gränssnittet med mikrokontroller eller datorer. Accelerometer: Som MPU6050, som integrerar accelerometer- och gyroskopfunktioner. Den omvandlar uppmätta data till digitala signaler genom en intern processor och matar ut dem via I2C- eller SPI-gränssnitt.
Optisk kodare: Används för att mäta rotationsposition eller hastighet. Den omvandlar positionsinformation till digitala pulssignaler genom fotoelektrisk omvandling och räknekretsar.
Funktioner: Stark anti-störningsförmåga: Digitala signaler har starka anti-störningsförmåga under överföring och bearbetning, vilket effektivt minskar påverkan av brus och störningar på signalen.
Lätt att bearbeta: Digitala signaler kan kopplas direkt till digitala system som mikrokontroller och datorer, vilket underlättar programmering, lagring och överföring.
Hög precision: Genom hög-upplösning från analog-till-digitalomvandlare och avancerade algoritmer kan digitala sensorer ge mätresultat med hög-precision.
Skillnader och anslutningar mellan analoga och digitala signaler
Skillnader: Signalform: Analoga signaler är kontinuerliga signaler som förändras över tiden, medan digitala signaler är diskreta signaler med diskontinuerliga värden.
Anti-interferensförmåga: Digitala signaler har starkare anti-störningsförmåga under överföring och bearbetning, medan analoga signaler är relativt svagare.
Bearbetningsmetod: Analoga signaler behöver vanligtvis bearbetas av analoga kretsar såsom filtrering och förstärkning innan efterföljande digital bearbetning; medan digitala signaler kan kopplas direkt till digitala system för programmering, lagring och överföring.
Anslutningar: Ömsesidig konvertering: I praktiska tillämpningar kan analoga och digitala signaler omvandlas till varandra genom analog-till-digitalomvandlare (ADC) och digital-till-analogomvandlare (DAC). ADC omvandlar analoga signaler till digitala signaler för digital bearbetning; DAC omvandlar digitala signaler till analoga signaler för att driva analoga enheter eller utföra analog kontroll.
Vanliga applikationer: Många moderna sensorer använder blandad-signalbehandlingsteknik, som integrerar ADC och nödvändiga digitala bearbetningskretsar i sensorn för att omvandla analoga mätvärden till digitala signaler för direkt utmatning eller vidare bearbetning. Denna design behåller fördelarna med hög precision och känslighet hos analoga signaler samtidigt som anti-störningsförmågan och enkla behandling av digitala signaler utnyttjas.
