Айтимов мұрат жолдасбекович

86                                           
 
 
 
ТСПЭ термосезімтал пьезоэлемент, М-мембрана  
 
Сурет 
 
3.4 - Монолиттік (интегралды) пьезомодулі бар көпқызметті 
пьезодатчиктің құрылымдық модулі 
 
Бұрын  айтылғандай,  микроэлектрондық  технологиялардың  жылдам  өсуі 
ақпараттық–мониторингтік  бақылау  жүйелеріне  арналған  ФШД  саласындағы 
бұрын  ұсынылған  перспективалық  ғылыми-техникалық  шешімдерді  жемісті 
жүзеге  асыруға  мүмкіндіктерді  ашып  жатыр.  ФШД  құрамындағы  жоғары 
жиілікті датчиктерді, жиілікті түрлендіргіштер мен КТӘ қолдану, микроқуатты 
пайдаланатын  миниатюралық  құрылымы  бар  жоғары  метрологиялық  және 
пайдалану  сипаттамалары  бар  автокөлікті  техникаға  арналған  заманауи  ФШД 
бағасымен  құны  бірдей,  интеллектуалды  микроэлектрондық  сандық 
өлшегіштерді  жасауға  мүмкіндік  береді.  Нақты  айтқанда,  бұл  ақпараттық–
мониторингтік  бақылау  жүйелеріне  арналған  датчиктік  аппаратураны  қолдану 
салаларын  ғылыми,  конструкторлық-технологиялық  дамыту  мен  кеңейтудің  
жаңа бағыты. Бұл бағытта: 
-  Метрологиялық  негіздер,  схемотехника  мен  автогенераторлар  және 
қарсыласу  мен  көлемді  жиілікке  түрлендірулерде  тұрақтылығы  бар  жоғары 
жиілікті микрочиптерін жасау технологиясы; 
-  Метрологиялық  негіздер,  схемотехника  мен  шығысында  өлшенетін 
көлемінің  тікелей  коды  және  датчиктердің  жүйелік  қателіктерін  орын 
толықтыруы бар жиілік-сандық микрочиптерін жасау технологиясы; 
-   Бірнеше  физикалық  шамаларды  өлшеудің  барлық  қызметтері  бар 
интеллектуалды ФШД құрылымы мен жасау технологиясы; 
-  Өз  құрылымында  КТӘ  қолданатын  интеллектуалды  ФШД  автоматты 
қалыптандыру жүйесін салудың технологиясы мен әдістемелік негіздері; 
-  Интеллектуалды ФШД негізінде жаңа түрдегі жинақталған ақпараттық–
мониторингтік  бақылау  жүйелерінің  метрологиялық  негіздері  мен  салу 
идеологиясы анықталуы тиіс.  
 

87                                           
 
3.2    Қоршаған  ортаны  бақылау  және  мониторинг  жүйелерінде  
интеллектуалды датчиктер мен электронды түрлендіргіштерді қолдану  
 
3.2.1  Қоршаған  ортаны  бақылау  және  мониторинг  жүйелерінде  
интеллектуалды датчиктерді қолданудың ерекшеліктері 
Қысымның  интеллектуалды  датчиктерінің  (ҚИД)  әрекетінің  үдерісі 
шақпақтас  тілімінің  оған  жасалған  қысымның  өзгеруіне  байланысты  электр 
әлеуетін алмастыру мүмкіншілігінде жасалған [61, 62]. 
Өте  қарапайым  түрінде  құралдың  жұмысын  мына  бейнеде  сипаттауға 
болады: монокристалдық шақпақтас элементі негізінде жасалған СЭ қысымды 
күшейтіп  құралдың  өзінде  орналастырылған  микропроцессорға  (МП), 
классикалық  схемалардағыдай,  орталық  контроллерге  емес,  берілетін  электр 
сигналына  түрлендіреді.  Сондықтан  да  олар  «қысымның  интеллектуалды 
датчиктері» деп аталады.  
Интеллект  құрылымы  МП  –  ақпаратты  математикалық  өндеуді  тікелей 
қысымды өлшеу үдерісінде жүргізеді, сондай-ақ өлшеу үдерісін белсенді түрде 
басқарады.  Қысымды  өлшеуге  арналған  басқа  құрылғыларға  қарағанда 
интеллектуалды  датчиктерінің  негізгі  айырмашылығы–  деректерді  құралдың 
өзінде өңдеуі.  
Шығыс  кезінде  қысымның  интеллектуалды  датчиктеріне  ұқсас  электр 
сигналы  мен  HART  (ең  кең  таралған),  Modbus,  FieldBus  және  басқа 
хаттамаларымен  үйлесімді  сандық  сигналды  береді.  Немесе  шығыс  сигналы 
аналогты да, сандық та болу мүмкін. 
Қысымның  интеллектуалды  датчиктері  оның  динамикасын  есепке  ала 
отырып,  нақты  өндірістің  талаптарына  байланысты  бағдарламалануы  мүмкін. 
МП  бар  болуы  тек  өлшемдердің  дәлдігін  жоғарлатуға  емес,  құралдың 
қызметтерін  айтарлықтай  кеңейтуге  мүмкіндік  береді.  Бұндай  қысым 
датчиктерінің  ақпараттың  үлкен  көлемдерін  өндеу  мен  есте  сақтауға, 
автономиялық  режимде  уақыттың  айтарлықтай  кезең  бойында  (бірнеше  айға 
дейін)  жұмыс  істеуі,  сенсордың  жұмысына  өзіндік  диагностикасын  жүргізу 
және пайда болған қателіктерді өз бетінше жөндеу мүмкіндіктері бар. 
Қысымның 
интеллектуалды 
датчиктерінің 
жасанды 
интеллектің 
элементтері  бар  өздігінен  оқу  қызметтері  болуы  мүмкін.  Оларда  кең 
коммутация  (деректерді  беру),  параметрлерді  көп  мәрте  өлшеу  мүмкіндігі 
ендірілген.  Мәнінде  бұл  сенсорге  тікелей  қосылған  микрокомпьютер  болып 
табылады.  Интеллектуалды  датчиктер  қызметтері  мен  сипаттамалары  Ресей 
Мемстандартында нақты баяндалғанын  айта кету керек [63, 64].   
Интеллектуалды датчиктердің басымдылығы 
«Интеллектуалды»  датчиктерді  қолданудан  алынатын  ерекшеліктер  мен 
басымдылықтар  есептеу  ресурстарын  датчиктің  өзіне  тартумен  байланысты. 
Олардың негізгілерін атап кетейік. 
Деректерді  өңдеу,  жүйенің  орталық  тексерушілеріне  өңдеуге  қарағанда, 
көптеген  дәстүрлі  жүйелердегідей,  әр  жеке  датчикте  жүргізіледі.  Сонымен 
қатар,  кәдімгі  пайдалы  ақпаратты  алумен  қатар  интеллектуалды  датчиктер 

88                                           
 
тұтынушылардың 
талаптарындағы 
өзгерістерге 
қарағанда 
қарқынды 
бағдарламаланған  болуы  мүмкін.  Бұл  осы  қосымшаға  арнайы  бағытталған 
қымбат  датчиктердің  қажеттігін  кемітеді,  өйткені  арзан  бағдарланатын  жалпы 
мақсатты датчиктер көптеген қосымшаларға жеткілікті. 
Ақпаратты өңдеудің сандық әдістерін қолдануы тек өлшеулердің сапасын 
жоғарылатуға ғана емес, сонымен қатар құралдардың қызметтерін айтарлықтай 
кеңейтуге  мүмкіндік  береді.  Белгілі  мүмкіндіктерден  (өлшеулердің  шектерін 
күйіне келтіру, сигналды сүзгілеу, қателіктерді түзету) басқа өзге де қызметтер 
(реттеушілердің  қызметтерін  жүзеге  асыру,  рұқсат  етілетін  мәндерін  тапсыру, 
өз-өзін тексеру, алаңдық шиналар бойынша тапсырылатын ақпараттың көлемін 
көбейту және б.) пайда болады.  
ИД түрлері мен әртүрліліктері  
ИД келесі жалпы жіктеуді ұстану қажет: 
1. Аналогты–сандық  түрлендіргіш  (АСТ)  мен  RS–232,  RS–422,  RS–485 
түріндегі компьютермен байланысуға арналған интерфейсі бар датчиктер. Осы 
түрдегі  құралдарының  ендірілген  шағын  тексерушілері  жоқ  және  олар 
компьютерге сигналды сандық түрде одан әрі беруді жүзеге асырады [65-66]. 
2. АСТ,  шағын  тексерушілері  мен  байланыс  интерфейсі  бар  датчиктер. 
Мұндай  құралдар  алынатын  ұқсас  сигналдың  ішкі  коррекциясын  жүзеге 
асырады,  ал  олардың  бір  қатары  Hart,  Modbus  және  т.б.  түрдегі  байланыс 
хаттамаларын  бұрыннан  қолданып  келеді.  Осы  датчиктердің  параметрлерін 
дәлдеу  негізінде  бір  жердің  шеңберінен  аспай  (қолмен  әр  түрлі  типтегі 
коммутаторлардың көмегімен) жүзеге асырылады.  
3. АСТ,  шағын  тексеруші  (немесе  мамандандырылған  МП)  және 
компьютермен  дуплексті  байланысы  бар  датчиктер.  Бұндай  құралдардың 
негізінде RS485 интерфейсі бар және олар компьютермен байланысты Profibus, 
Fieldbus  Foundation  және  басқа  да  жоғары  деңгейдегі  хаттамалары  бойынша 
жүзеге  асырады.  Осы  құралдар  операторға  олардың  параметрлері  мен  жұмыс 
режимін  басқару  пультінен  дәлдеуді  жүзеге  асыруға,  диагностикалау  мен 
мөлшерлеуге  мүмкіндік  береді.  Бұл  реттелген  жүйелер  тізбегінде  аралық 
тізбектерін  –  бағдарламалық-логикалық  контроллерлерді  жоққа  шығаруға, 
сымды,  байланыс  қосылуларды  жүргізуге  шығындарын  қысқартуға  және 
қашықтықтан  диагностикалау  мен  конфигурациялау  есебінен  техникалық 
қызмет  көрсетуді  қарапайымдатуға  мүмкіндік  береді.  Сондықтан  осы  топтағы 
датчиктерді «интеллектуалды» деп атауға болады. 
Интеллектуалды датчиктердің құрылымы мен қызметтері 
Заманауи интеллектуалды датчиктер көп нұсқалы блоктік құрылымы бар. 
Негізгі  блоктар    ретінде  сезімтал  элемент  (сенсор)  пен  түрлендіргіш  болып 
табылады.  Бір  датчикте  бір  түрлендіргішпен  өзара  әрекет  ететін  бірқатар 
сенсорлар  болуы  мүмкін.  Қосымша  блок  ретінде  жергілікті  көрсететін  құрал 
болу мүмкін (3.5, 3.6-сурет).