Fizikinių jutiklių pagrindai


Fizikos konspektas. Temų sąrašas. Kietakūniai jutikliai istorija, dabartis, vystymosi tendencijos. Jutiklių klasifikacija. Jutiklių charakteristikos. Fizikiniai reiškiniai, naudojami jutikliuose. Kondensatorius. Terpės dielektrinė konstanta. Magnetizmas. Faradėjaus dėsnis. Solenoidas. Toroidas. Nuolatiniai magnetai. Elektromagnetinė indukcija. Pjezoelektrinis reiškinys. Piroelektrinis reiškinys. Holo reiškinys. Termoelektriniai reiškiniai (Sebeko ir peltje). Mechaniniai reiškiniai. Garso ir akustiniai reiškiniai. Temperatūra ir šiluminės medžiagų savybės. Temperatūros skalės. Šiluminis plėtimasis. Šilumos talpis. Šilumos laidumas. Šilumos konvekcija. Šiluminis spinduliavimas. Ertmės reiškiniai. Šviesa ir medžiagų optinės savybės. Radiometrija. Fotometrija. Optiniai elementai. Langai. Veidrodžiai. Lęšiai. Frenelio lęšiai. Šviesolaidžiai. Dinaminiai jautriųjų elementų modeliai. Temperatūros jutikliai. Slėgio jutikliai. Gyvsidabrio slėgio jutikliai. Dumplės, membranos ir plonos plokštelės. Pjezorezistyviniai slėgio jutikliai. Drėgmės jutikliai. Talpuminiai jutikliai. Elektrinio laidumo drėgmėS jutikliai. Optiniai higrometrai. Virpantys higrometrai. Magnetinio lauko jutikliai. Magnetinio srauto vartų jutikliai. Holo reiškinio jutikliai. Magnetorezistyviniai jutikliai. Srauto (skysčių, dujų) jutikliai. Slėgio skirtumo būdai. Šilumos pernešimo jutikliai. Ultragarsiniai srauto matuokliai. Elektromagnetiniai srauto jutikliai. Oro judėjimo jutiklis (Breeze sensor). Dujų jutikliai. Varžiniai dujų jutikliai. Akustiniai dujų jutikliai. Dujų jutiklis lauko tranzistoriaus pagrindu. Šiluminiai dujų jutikliai. Optinis dujų jutiklis. Jonų skysčiuose jutikliai. Jonus jaučiantis lauko tranzistorius (angl. ISFET – ion sensitive field – effect transistor). Terpės tankio jutikliai. Optiniai fizikinių dydžių jutikliai. Šviesolaidiniai mechaninių ir elektromagnetinių dydžių jutikliai. Biosensoriai. Jutiklių signalų apdorojimo pagrindiniai principai.


Jutikliai yra pirminiai matavimo sistemos elementai, reikalingi informacijai apie kintamo fizikinio dydžio reikšmę gauti. Paprastesnių technologinių procesų valdymo sistemose dažniausiai taikomi slėgio, temperatūros, lygio, medžiagos srauto ir medžiagų sudėties matavimo jutikliai. Bendresniuose fizikiniuose matavimuose, fundamentaliuose eksperimentuose naudojami didesnio fizikinių dydžių skaičiaus jutikliai.

Jutiklio parametrai labai įtakoja visos matavimo grandinės veiklos kokybę. Todėl jutiklių parametrų valdymui ir jutiklių kokybei skiriamas didelis dėmesys.

Domėjimąsi keitikliais pirmiausia žadina eksponentiškai augantis jų kiekis bendro naudojimo ir specializuotose įrenginiuose. Jie diegiami pradedant nuo drabužių lygintuvų bei skalbimo mašinų, baigiant automobiliais ir kondicionavimo sistemomis ar kosminių aparatų veikimo funkcijų užtikrinimo sistemomis.

Antra dėmesio jutikliams priežastis yra mikroelektronikos pasiekimai. Elektroninės prietaisų dalys tapo mažų matmenų, patikimos, turi daug naujų galimybių. Tuo tarpu jutikliai kiek atsiliko ir tapo trapiausia matavimo grandinės dalimi. Jie liko sunkiai suderinami su mažomis elektroninėmis schemomis, nepatikimi. Jutiklių konstrukcijos turi būti suderintos su bendra grandine pagal patikimumą, matmenis, gamybos technologiją.

Trečias domėjimosi jutikliais šaltinis yra automatinės įvairių – buitinių ir technologinių – procesų valdymo sistemos. Tai reikalinga pradedant nuo automatino kiemo apšvietimo iki karinio lėktuvo orientavimo ar valdymo sistemos.

Griežtėjančios įrenginių naudojimo sąlygos taip pat įtakoja sugriežtintus reikalavimus jutikliams. Jie turi tapti pigesni, patikimesni, su gerai žinomais paklaidų rėžiais. Tai įtakoja spartus ir mikroelektronikos, ir mikromechanikos vystymasis.

Kitas akstinas jutiklių veikimo nagrinėjimui ir parametrų gerinimui yra naujų medžiagų ir naujų reiškinių naudojimas. Naudojant pažangą šiose srityse reikia gerinti fizikinių dydžių jutiklių parametrus, o taip pat kurti naujų tipų ir galimybių jutiklius. Žinant jutiklių veikimo fizikinius pagrindus galima tiksliau parinkti reikalingą jutiklio tipą, įvertinti jo naudojimo ribas tikslingai taikyti naujuose prietaisuose ir dideliuose įrenginiuose gal net naujose srityse.

Jutiklių istorijos įvykiai. Vieni iš seniausių jutikių prototipų buvo dar viduramžiais atlikti Toričelio bandymai dėl atmosferos slėgio matavimų naudojant gyvsidabrio pripildytą apverstą sandarų vamzdelį, ir skysčio plėtimosi reiškiniu paremtų termometrų konstrukcijos.

19 a. sparčiai vystantis mechaninėms konstrukcijoms atlikti elektromechanių jutiklių prototipų bandymai. 1821m. Sebekas atrado termoelektros atsiradimo efektą, kai bismuto ir vario elektros grandinėje su skirtingomis temperatūromis įvairiuose grandinės vietose tekėjo elektros srovė. Srovės tekėjimą jis aptiko pagal magnetines rodyklės posūkį sujungus grandinę. 1840m.Vilari ir Džaulis atrado magnetostrikciją nikelyje. Simensas 1871m. aptiko ir bandė termovaržos efektą platinoje, Holas ištyrė jo vardu vadinamą magnetinės sąveikos reiškinį. 1879m., pjezoelektriniai reiškiniai kvarce buvo tiriami Džako ir Pjero Kiuri 1880m., o bario titanite Grėjaus 1947m., Smitas aprašė silicio ir germanio pjezovaržą 1954m.

Puslaidininkiniai jutikliai daugiausia buvo susiję su elektros reiškinių nagrinėjimu ir naujų technologijų diegimu. 1874m. atrado Braunas metalas-puslaidininkis lyginimo jungtis. Radijo bangos buvo detektuojamos 1904m. 1947m. buvo sukurtos bipoliarinio tranzistoriaus konstrukcijos.

Puslaidininkių jutiklių vystymesi skiriamos atradimų fazė – 1947-1980m.; pagrindinių technologijų fazė 1960-1970m.; grupinės gamybos fazė 1970-1980.; mikroapdorojimo fazė 1980m. iki dabartinio laiko.

Jutikliai sistemose. Jutiklis niekada neveikia atskirai – jis visuomet yra didesnės sistemos dalis, kuri gali savyje turėti daug kitų jutiklių, signalų pagerinimo grandžių, signalų apdorotojų, atminties prietaisų, duomenų registratorių ir poveikio įrenginių. Jutiklio padėtis gali būti arba vidinė, arba išorinė. Jis gali būti prietaiso įėjime, priekyje, kad justų išorinius poveikius arba kad sistemai signalizuotų apie išorinių veikiančių sąlygų pokyčius. Taipogi jis gali būti vidine prietaiso dalimi, kuri informuoja apie prietaiso vidinius parametrus, kad būtų palaikomos tinkamos geram veikimui sąlygos. Jutiklis visuomet yra kokios nors duomenų įgijimo dalis. Dažnai ši sistema gali būti didesnės valdymo sistemos dalis, kuri jungia įvairius grįžtamo poveikio mechanizmus. Pasirinkdamas tinkamą jutiklį sistemos projektuotojas turi užsiduoti klausimą “Koks paprasčiausias būdas justi poveikius nesugadinant visos sistemos veikimo?”

  • Fizika Konspektai
  • 2015 m.
  • 63 puslapiai (17702 žodžiai)
  • Fizikos konspektai
  • Microsoft Word 879 KB
  • Fizikinių jutiklių pagrindai
    10 - 4 balsai (-ų)
Fizikinių jutiklių pagrindai. (2015 m. Vasario 12 d.). http://www.mokslobaze.lt/fizikiniu-jutikliu-pagrindai.html Peržiūrėta 2016 m. Gruodžio 05 d. 22:44