En el camp de la tecnologia moderna, els sensors, com a dispositius clau per detectar i convertir quantitats físiques, s'utilitzen àmpliament en diverses indústries com ara l'automatització industrial, la vigilància ambiental, la salut mèdica i l'electrònica de consum. La funció principal d'un sensor és convertir senyals no-elèctrics (com ara la temperatura, la pressió, la intensitat de la llum, el desplaçament, etc.) en senyals elèctrics mesurables i processables. Segons la forma del senyal convertit, els senyals de sortida dels sensors es poden dividir principalment en dues categories: senyals analògics i senyals digitals.
Senyals analògics
Un senyal analògic és un senyal que canvia contínuament al llarg del temps, i la seva amplitud pot prendre qualsevol valor i variar contínuament dins d'un interval determinat. En el camp dels sensors, molts sensors tradicionals emeten senyals analògics. L'avantatge dels senyals analògics és que poden expressar amb precisió petits canvis en les quantitats físiques, oferint una gran sensibilitat i resolució. Tanmateix, els senyals analògics són susceptibles al soroll i a les interferències durant la transmissió i el processament, la qual cosa condueix a una distorsió del senyal i un augment dels errors.
Escenaris d'aplicació: Sensors de temperatura: com els termoparells i els termistors, que emeten senyals analògics mesurant els canvis de resistència o tensió causats per la temperatura.
Sensors de pressió: aquests emeten senyals analògics mesurant els canvis de resistència, capacitat o efecte piezoelèctric causats pels canvis de pressió, i s'utilitzen àmpliament en sistemes hidràulics i d'automatització industrial.
Sensors fotosensibles: com fotoresistències i fotocèl·lules, que converteixen els canvis d'intensitat de la llum en canvis continus de resistència o tensió, utilitzats per a la mesura de la il·luminació i els circuits de control de la llum.
Característiques: Variació contínua: L'amplitud dels senyals analògics pot variar contínuament, reflectint amb precisió petites fluctuacions en les magnituds físiques.
Susceptible a les interferències: durant la transmissió i el processament, els senyals analògics es veuen afectats fàcilment pel soroll i les interferències, i requereixen mesures de filtratge i amplificació adequades.
Alta precisió: en condicions adequades, els senyals analògics poden proporcionar una alta precisió i resolució de mesura.
Senyals digitals
Un senyal digital és un senyal el valor del qual és discontinu i la seva amplitud només pot prendre un nombre finit de valors discrets. A diferència dels senyals analògics, els senyals digitals tenen capacitats anti-interferències més potents i una major fiabilitat durant la transmissió i el processament. Amb el desenvolupament de la microelectrònica i la tecnologia informàtica, cada cop més sensors adopten mètodes de sortida de senyal digital.
Escenaris d'aplicació: Sensors de temperatura digitals: com el DS18B20, que integren un convertidor analògic-a-digital (ADC) internament, convertint directament el valor de mesura de temperatura en una sortida de senyal digital, facilitant la interfície amb microcontroladors o ordinadors. Acceleròmetre: com el MPU6050, que integra funcions d'acceleròmetre i giroscopi. Converteix les dades mesurades en senyals digitals mitjançant un processador intern i les emet a través de la interfície I2C o SPI.
Codificador òptic: s'utilitza per mesurar la posició o la velocitat de rotació. Converteix la informació de posició en senyals de polsos digitals mitjançant circuits de conversió i recompte fotoelèctrics.
Característiques: forta capacitat anti-interferències: els senyals digitals tenen una forta capacitat anti-interferències durant la transmissió i el processament, reduint eficaçment l'impacte del soroll i les interferències en el senyal.
Fàcil de processar: els senyals digitals es poden connectar directament amb sistemes digitals com microcontroladors i ordinadors, facilitant la programació, l'emmagatzematge i la transmissió.
Alta precisió: mitjançant convertidors analògics-a-digitals d'alta-resolució i algorismes avançats, els sensors digitals poden proporcionar resultats de mesurament d'alta-precisió.
Diferències i connexions entre senyals analògics i digitals
Diferències: Forma del senyal: els senyals analògics són senyals continus que canvien amb el temps, mentre que els senyals digitals són senyals discrets amb valors discontinus.
Capacitat anti-interferències: els senyals digitals tenen capacitats anti-interferències més fortes durant la transmissió i el processament, mentre que els senyals analògics són relativament més febles.
Mètode de processament: els senyals analògics solen ser processats per circuits analògics com ara el filtratge i l'amplificació abans del processament digital posterior; mentre que els senyals digitals es poden connectar directament amb sistemes digitals per a la programació, l'emmagatzematge i la transmissió.
Connexions: Conversió mútua: en aplicacions pràctiques, els senyals analògics i digitals es poden convertir entre si mitjançant convertidors d'analògic-a-digital (ADC) i de digital-a-convertidors d'analògic (DAC). L'ADC converteix els senyals analògics en senyals digitals per al processament digital; El DAC converteix els senyals digitals en senyals analògics per conduir dispositius analògics o realitzar un control analògic.
Aplicacions habituals: molts sensors moderns utilitzen tecnologia de processament de senyals mixtes-, que integra ADC i els circuits de processament digital necessaris dins del sensor per convertir els valors de mesura analògics en senyals digitals per a la sortida directa o el processament posterior. Aquest disseny conserva els avantatges de l'alta precisió i sensibilitat dels senyals analògics alhora que aprofita les capacitats anti-interferències i la facilitat de processament dels senyals digitals.
