Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

Mikrosenzory a mikromechanické systémy 9• Inteligentní senzor – je zařízení, které v sobě obsahuje citlivou část (čidlo) a obvody propřevod, úpravu, řízení a komunikaci s dalšími zařízeními v jediném celku. Mírainteligence je u těchto senzorů definována různě. Obecně lze za inteligentní senzor označiti senzor s citlivou částí oddělenou od mikroelektronické části, pokud je její vzdálenost odčidla minimální a bude tvořit s čidlem jediný mechanicky, elektricky a funkčně uzavřenýcelek. Citlivá část je s mikroelektronickou spojena nejčastěji elektricky nebo opticky.Příkladem použití této varianty jsou případy kdy čidlo nelze vyrobit mikroelektronickoutechnologií nebo je vystaveno extrémním podmínkám (teplota, tlak, chemická agresivita,aj.), které by mohly poškodit nebo ovlivnit správnou funkci mikroelektronické části.Z výše uvedené charakteristiky inteligentního senzoru lze rozdělit strukturu senzoru navstupní, výstupní a vnitřní část, a definovat funkce a požadavky na tyto části:o Vstupní část – Slouží k převodu měřené veličiny na veličinu elektrickou. Dále kzesílení a filtraci elektrické veličiny, linearizaci statické charakteristiky,normování signálu, přepínání více vstupních veličin, ochraně proti nežádoucímvlivům, atd.o Výstupní část – Slouží ke komunikaci senzoru s okolím pomocí sběrniceprostřednictvím integrovaného rozhraní, ujednocení výstupních analogovýchsignálů, apod..o Vnitřní část – Slouží k autokalibraci elektrické a neelektrické části (pokud je tomožné), číslicové linearizaci, autodiagnostice, statistickému vyhodnocováníměřených dat, hlídání mezí, řízení přepínání měřicích rozsahů (zesílení), atd.Pro využití běžných senzorů v systémech pro automatizované zpracování dat jsounavrhovány a vyráběny tzv. inteligentní senzorové moduly. Moduly s připojenými běžnýmisenzory jsou funkčně srovnatelné s inteligentními senzory na nejvyšší úrovni, tzn. mají vícepřepínatelných vstupů, programovatelné zesílení, řízení a rozhraní umožňující komunikaci sdalšími moduly.V souvislosti s rozvojem senzorové techniky lze rozpoznat následující tři generacesenzorů:• První generace senzorů (též základní) – využívá různé makroskopické principyelektromechanické, elektrochemické nebo mechanické. Náleží sem senzory odporovékontaktové, kapacitní, a pod.. Měřící vlastnosti této generace senzorů dosáhli svéhovrcholu.• Druhá generace senzorů – využívá elektronické jevy v tuhých látkách (např.piezoelektrický jev, magnetostrikční jev, fotoelektrický jev apod.) a v plynech (např.nárazová ionizace). Významnou skupinu této generace tvoří polovodičové senzory a znich pak zejména mikroelektronické senzory, které jsou mnohdy slučitelné sintegrovanými obvody. Vývoj v této oblasti je zaměřen na jednočipové inteligentnísenzory, označované též jako SMART převodníky, respektive SMART senzory.• Třetí generace senzorů – využívá působení neelektrické veličiny na svazek světelnéhozáření. Tato generace senzorů je označována zkratkou OVS (Optické Vláknové Senzory).Při jejich konstrukci se využívají principy optoelektroniky a integrované optiky.V posledních letech se rozvíjí kvalitativně nová generace senzorů, založená namikroelektro-mechanických systémech, označovaná zkratkou MEMS. Tyto senzory pracujína principu mikrominiaturizace dříve známých systémů z první generace a na vytvářenínových mechanických mikrosystémů mikroelektronickými technologiemi. Proto jsou MEMSkompatibilní s mikroelektronickými senzory a SMART senzory, což přináší řadu nových