Jak działają różne rodzaje czujników

Żyjemy w świecie, w którym każde środowisko reprezentuje jakąś analogową właściwość, taką jak intensywność światła słonecznego lub prędkość wiatru. Jednak ze względu na łatwość, z jaką sygnały cyfrowe mogą być odtwarzane i przesyłane, technologia idzie coraz bardziej w stronę cyfrową. Czujnik wypełnia lukę między tymi dwiema domenami, przekształcając wartości analogowe na wielkości cyfrowe. 

Ze względu na niedawną zmianę sposobu pracy z domu, prawie każdy z nas ma teraz zestaw mikrofonów, głośników i kamer internetowych. Chociaż mają różne przeznaczenie, urządzenia te są niczym innym jak układami zawierającymi czujniki, które stały się istotną częścią naszego życia i wpłynęły na nas w znaczący sposób.  

Artykuł omawia kilku rodzajów aplikacji, w których technologie czujników odgrywają kluczową rolę. W przypadku każdej z aplikacji weźmiemy również pod uwagę czujniki klasy przemysłowej, co pomoże lepiej zrozumieć technologię na której są oparte. 

Czujniki, czasami nazywane też ‘przetwornikami’ [oryg. transducer], pomagają nam wchodzić w interakcję z otaczającym nas światem za pomocą urządzenia elektrycznego lub mechanicznego. Technologia mierzy lub wykrywa pewną właściwość środowiska lub jej zmiany w czasie. Dzięki jednemu z pierwszych czujników temperatury, opartym na opracowanym pod koniec XIX wieku rezystorze miedzianym, nastąpił szybki postęp w technologiach czujników. W dzisiejszych czasach, wszędzie gdzie się rozejrzysz, zobaczysz różne formy czujników. Smartfony, laptopy, samochody, kuchenki mikrofalowe – jakiekolwiek urządzenie wymienisz, prawdopodobnie będzie miało w sobie co najmniej jeden czujnik.

Czujniki dzielą się ogólnie na dwa typy, w zależności od rodzaju rejestrowanej przez nie właściwości. Jeśli czujnik przechwytuje dane o środowisku poza systemem, w którym jest umieszczony, jest czujnikiem eksteroceptywnym. Cząstka ‘extero’ oznacza ‘na zewnątrz’ lub ‘z otoczenia’, a niektóre typowe przykłady to kamera, LiDAR, radar i czujniki ultradźwiękowe czy sonarowe. W przeciwieństwie do tego, czujnik jest proprioceptywny, jeśli rejestruje dane o samym systemie. Cząstka ‘proprios’ oznacza 'wewnętrzne' lub 'własne', a niektóre typowe przykłady obejmują GPS, inercyjną moduły pomiarowe (IMU) i czujniki położenia. Czujniki są również klasyfikowane jako cyfrowe lub analogowe w zależności od typu dostarczanego przez nie danych wyjściowych.

Zakres zastosowań czujników jest bardzo szeroki, można je zastosować nieomal w dowolnym miejscu. ‘Czujniki mogą ulepszać świat poprzez umożliwienie diagnostyki w zastosowaniach medycznych, poprawę wydajności źródeł energii, takich jak ogniwa paliwowe, baterie czy energia słoneczna, poprawiać zdrowie i bezpieczeństwo oraz chronić ludzi, umożliwiać eksplorację kosmosu i znanego wszechświata, ulepszać monitoring środowiska’ mówi The Electrochemical Society. Przyjrzyjmy się teraz niektórym aplikacjom, w których czujniki odgrywają kluczową rolę.