Введение. 
Оптические сенсоры физико-химических величин

Идеальные для использования во многих приложениях датчики должны обладать такими свойствами, как малый вес, небольшой размер, малая мощность, устойчивость к воздействиям внешней среды и электромагнитная помехозащищенность, хорошие показатели производительности и низкая стоимость. С развитием технологий необходимость в датчиках с подобными характеристиками резко возрастает в таких областях, как аэрокосмическая и оборонная промышленность, производство материалов, медицина и строительство.

В специальной литературе можно встретить описание различных оптических датчиков.

Целью данной работы является исследование конструктивных особенностей и принципов работы оптических датчиков, а также их классификация.

При этом существенно важным является:

• 1 Произвести обзор существующей литературы для сбора необходимой информации.
• 2 Описать конструкции и принципы работы оптических датчиков и их структурных элементов.
• 3 Произвести классификацию оптических датчиков.
• 4 Изучить способы применения оптических датчиков на практике.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «СЕНСОР»

Разные авторы по-разному трактуют понятие «сенсор». У одних — это «чувствительный прибор», искусно созданный человеком «бдительный сторож», у других — «анализатор», распознающий, узнающий нужный объект («аналит»), у третьих — «датчик «какой-то физической величины (температуры, давления, угла поворота), у четвертых — орган чувств животного или растения и т. д. И всё это частично правильно. Действительно, все сенсоры что-то «чувствуют» (например, изменение температуры, наличие магнитного поля, изменение кислотности раствора и т. п.); за чем-то «бдительно наблюдают»; что-то «распознают» (напр., отклонение от вертикали, появление в воздухе избытка углекислого газа, наличие в воде возбудителя холеры, …); «измеряют» какую-нибудь физическую величину (напр., освещенность, ускорение, давление, …). Все они, заменяют или дополняют наши органы чувств. В понятии «датчик» акцент делается на другой важной способности сенсора — на том, что он выдает во внешний мир сигналы о том, что он «чувствует», «распознаёт», «измеряет» .

Чтобы точнее определить понятие «сенсор», надо отвлечься от деталей, от того, что именно «чувствует», «распознаёт», «измеряет» сенсор, с какой конкретной целью и как именно он это «делает», каким конкретно образом выдает он сигналы во внешний мир. Главное, общее, что тогда остаётся, — это то, что.

• 1. У сенсора есть «объект наблюдения» ;
• 2. Взаимодействуя с объектом наблюдения, под его влиянием сенсор меняет свое состояние («чувствует», «распознает», «измеряет»)
• 3. Каким-то образом выдает сигналы об этом («сигнализирует») «пользователю» .

Рисунок 1 — Функциональная схема простого сенсора.

Объектом наблюдения является тот материальный объект, процесс, та среда, с которыми взаимодействует сенсор, информацию о которых он «приставлен» собирать. Объектом наблюдения может быть, в частности, и вся окружающая сенсор среда. Для уровня (ватерпаса), например, объектом наблюдения является плоская поверхность, на которой он установлен; для радиоприемника объектом наблюдения является окружающее его антенну электромагнитное поле; для медицинского градусника — тело, находящееся в тепловом контакте с его концом, в котором находится капля ртути.

" Пользователем", получающим, понимающим и использующим сигналы от сенсора может быть человек, другое живое существо, автоматическая система управления, регулирования или регистрации, для которых сигналы от сенсора являются «информацией» об объекте наблюдения. Таким образом, отвлекаясь от частностей, мы приходим к следующему определению понятия «сенсор» .

Сенсор — это устройство (прибор, орган, узел), преобразующее физическое (физико-химическое) изменение в объекте наблюдения, его физическое воздействие в информационный сигнал для пользователя. Сенсор — это связующее звено между реальным «физическим» миром и миром информационных моделей, между материей и информацией.

Сенсоры поставляют «пользователю» важнейшую объективную исходную информацию, на основе которой только и можно предвидеть события, разумно вести себя в мире, судить о том, насколько созданные и применяемые пользователем информационные модели адекватны реальным процессам и объектам, с которыми он имеет дело.