Речник с ключовите думи

Речникът – всички термини от СА на едно място. От всяка тема ключовите ѝ думи водят тук.

Сензор

устройство, което превръща физична величина (температура, налягане, светлина) в електрически сигнал.

Сензорна система

веригата сензор → нормализиране (усилвател, филтър, линеаризация) → АЦП → микроконтролер; сензорът е само първото звено.

Смущаваща величина

всичко, освен измерваното, което влияе на изхода (температура, влажност, захранване); добрият сензор зависи от него слабо.

Пиезоелектричен ефект

кристал (кварц, PZT), натиснат със сила F, дава заряд Q = d·F; зарядът изтича, затова пиезото усеща промяна, не постоянна сила.

Видове изходни сигнали

аналогов (напрежение, ток), цифров (I²C, SPI), псевдоцифров (честота, време) и ключов (праг → 0/1).

Насищане

над дадено ниво на входа изходът спира да следва правата и почти не расте.

Резолюция

най-малката промяна на входа, която се забелязва на изхода; с АЦП с n бита – поне x_макс/2ⁿ.

Калибриране

определяне на реалната характеристика на конкретния сензор по известни входове; двуточковото маха офсета и грешния наклон.

Коефициент на тензочувствителност k

k = (ΔR/R)/(Δl/l): 1,9–2,5 за метали, 50–60 пъти повече за полупроводници.

Акселерометър

пробна маса на пружинки – мери ускорение плюс гравитацията; от гравитацията се смята наклонът.

Жироскоп

трептяща маса, която силата на Кориолис бута встрани – мери ъглова скорост; интегриран, ъгълът дрейфува.

IMU и сливане на данни

3 акселерометъра + 3 жироскопа; филтър (комплементарен, Калман) взима бързото от жироскопа и дългосрочното от акселерометъра.

Хол ключ

сензор на Хол + тригер на Шмит: 1 над B_ON, 0 под B_OFF < B_ON (хистерезис); обороти, капаци, вентилатори.

Магнитометър

уред за слаби полета (< 1 mT) – скаларен (протонен) или векторен (fluxgate, AMR, SQUID); за силни – гаусметър.

Интелигентен сензор

чувствителен елемент + обработка + АЦП + микропроцесор + памет + комуникация; дава цифров изход и сам се коригира.

Самокалибриране

сензорът пази фабричните коефициенти и с вградения термометър коригира офсета и чувствителността.

Усредняване и шум

средното от N отчета има √N пъти по-малко случаен шум.

Сливане на данни

комбиниране на няколко величини или сензора за по-точен резултат (термометър + барометър, жироскоп + акселерометър).

Безжична сензорна мрежа (WSN)

много малки възли, които мерят и предават по радиото до шлюз; без кабели, на батерии.

Работен цикъл и сън

възелът е буден малка част от времето (под 0,1 %) и спи с μA – така батерията стига за години.

ZigBee

горните слоеве над IEEE 802.15.4: 868/915/2400 MHz, до 250 kbit/s, звезда, дърво или mesh.

6LoWPAN

IPv6 върху 802.15.4: компресия на заглавките (48 → 6 B) и фрагментация на пакетите в рамки от 127 B.

Структурен срещу поведенчески модел

структурният моделира всеки вътрешен елемент физично; поведенческият (ABM) – само предавателната функция от каталога.

GLIMIT

ABM ограничител – изходът на модела не излиза извън захранването.

DC sweep

анализ, при който входният източник се „мете“ през обхвата – така се снема предавателната характеристика.

Наносензор

сензор от наноматериали (0,2–100 nm) или с чувствителност в нанообластта – огромна повърхност спрямо обема.

Повърхност към обем

S/V = 6/L за кубче – колкото по-малко, толкова повече атоми на повърхността (10 nm → 15 %).

Квантови ефекти

под ~10 nm: квантуван заряд, тунелен ефект, интерференция на електронни вълни, ефект на Казимир.

Въглеродни нанотръби (CNT) и графен

графенът е лист въглерод с дебелина един атом; CNT са навити листове – провеждат като метал.

Термодинамична ефективност

η = Pмех/Pвх – каква част от входната енергия става механично движение.

Параметри при избор на актуатор

продължителна и пикова сила (момент), ход, разрешаваща способност, точност, сила–скорост, честотна характеристика, топлина, захранване.

Предавателен механизъм

предава движението от актуатора към товара – зъбна предавка (хлабина), ремък (приплъзване), винт; понякога се избягва с линеен двигател.

Котва и магнитопровод

подвижната желязна част на соленоида и пътят на магнитния поток; силата е ~ I²/g² – расте лавинообразно при затварянето.

Задържащ ток

при затворена котва стига малка част от пусковия ток – затова драйверите задържат с ШИМ.

Обратен пиезоефект

електрично поле деформира кристала: ε = d₃₃·E.

Биморф

два пиезослоя – единият се свива, другият се разширява и пластинката се огъва: голям ход, малка сила.

Stick-slip

бавно удължаване (шейната се вози със стека) и рязко свиване (шейната се приплъзва) – голям ход от малки стъпки.

Хистерезис на пиезо актуатора

при едно и също напрежение ходът е различен нагоре и надолу (до ~15 %) – затова прецизните са в затворен контур.

Биметал

две слепени метални ленти с различно топлинно разширение – при затопляне се огъват.

Термостат

ключ, който поддържа температурата между два прага (хистерезис) – често с биметал.

Сплав с памет на формата (SMA)

NiTi: в студено се деформира лесно, при нагряване се връща към запомнената форма с голяма сила (до ~4 %).

Восъчен актуатор

парафин, който се разширява при топене и бута бутало – термостатни вентили.

Energy harvesting

събиране на малки количества енергия от средата (светлина, вибрации, топлина, радиовълни) за устройства с ниска консумация.

Енергиен баланс

събраното за денонощието трябва да е поне колкото изхарченото, а нощта – покрита от натрупаното.

Плътност на мощността

колко μW дава източникът от cm² (светлина, RF) или cm³ (вибрации, топлина) – слънцето навън ~15 mW/cm², Wi-Fi ~0,01 μW/cm².

Еднодиоден модел

соларната клетка като източник на ток (светлината), диод, шунтово Rsh (утечки) и серийно Rs (контакти).

Вибрационен генератор

маса на пружина в кутия върху машината; движението на масата става електричество (пиезо, електромагнитно, електростатично).

Резонанс и затихване

мощността е голяма около f₀ = √(k/m)/2π; малко затихване – висок тесен пик, голямо – нисък широк (лента ≈ 2ζf₀).

Електромагнитен генератор

магнит и бобина се движат един спрямо друг: e = −N·dΦ/dt; голям ток, ниско напрежение.

Електростатичен генератор

кондензатор с подвижна плоча C = ε₀εᵣA/d; иска начално напрежение или електрет.

Пироелектричен генератор

кристал, който дава ток при промяна на температурата: Ip = p·A·dT/dt.

RF събиране и формула на Фриис

антена + токоизправител с диод на Шотки; приетата мощност пада с r²: PR = PT·GT·GR·(λ/4πr)².

Съгласуване на товара

най-много мощност отива в товара, когато RL = Rin – тогава P = V²/(4Rin).

Диаграма на Рагон

плътност на мощността (колко бързо) срещу плътност на енергията (колко дълго) – кондензатор, суперкондензатор, батерии.

ESR

еквивалентно серийно съпротивление на кондензатора – ограничава импулсния ток и греe.

Балансиране на клетките

изравняване на напрежението на последователни клетки (пасивно с резистори или активно), за да не се презареди най-малката.

Видове сигнали (DC, AC, PWM, Хол)

DC – постоянно напрежение 0,2–4,8 V; AC – индуктивен датчик, амплитуда и честота ~ оборотите; PWM – информацията в работния цикъл; Хол – правоъгълни импулси до 0 rpm.

Pull-up диагностика

ECU подава референтно напрежение през вътрешен резистор: скъсан проводник → пълното напрежение, късо → 0 V.

Детонационен сензор

акселерометър на блока на двигателя – по амплитудата ECU забавя запалването.

Електротоплинна аналогия

мощността е ток, температурата – напрежение, топлинното съпротивление – резистор, топлинният капацитет – кондензатор.

Топлинно съпротивление Rth

колко градуса разлика трябват за 1 W топлинен поток, K/W; TJ = TA + P·ΣRth.

Радиатор

метално тяло с голяма повърхност, което сваля Rth към въздуха; каталожната мощност на транзистора важи само с безкраен радиатор.

Топлинна паста

запълва въздушните джобове между корпуса и радиатора и сваля контактното Rth.

EDA / CAD

софтуер за проектиране на електроника по стъпки: схема → симулация → платка → проверка (DRC).

Анализи в PSpice

Bias point (работна точка), DC sweep, Time domain (преходен) и AC sweep (честотен).

Понижаващ (buck) преобразувател

ключ с ШИМ + LC филтър: Vout = D·Vin; пулсациите падат с квадрата на честотата на ключа.

Релсова верига

ток през релсите на участъка до пътно реле; колоосите дават късо и релето отпада – „зает“; открива и счупена релса.

Брояч на оси

две броячни точки; участъкът е зает, ако влезлите оси са повече от излезлите.

Актуатор

обратното на сензора: електрически сигнал → движение, сила или топлина (мотор, соленоид, пиезо).

Предавателна функция

връзката изход = f(вход); при линеен сензор V = Voff + S·x.

Чувствителност S

с колко се мени изходът за единица вход – наклонът на предавателната функция.

Хистерезис

различен изход нагоре и надолу при един и същ вход.

Мъртва зона

участък, в който сензорът не реагира.

Пасивен / активен сензор

пасивният сам прави сигнала (термодвойка); активният има нужда от възбуждащ ток или напрежение (Pt100, NTC).

Относителен сензор

мери разлика спрямо нещо друго (термодвойката – спрямо студените краища), а не самата величина.

Ратиометричен сензор

изходът е пропорционален на захранването: VOUT = VS(Voff + S·x).

Селективност

сензорът реагира само на „своята“ величина или газ.

Термодвойка

два различни метала, заварени в една точка: т.е.д.н. ~ разликата на температурите (ефект на Зеебек); пасивна.

Ефект на Зеебек

при разлика в температурите между две спойки на различни метали се появява напрежение – десетки μV на градус.

Студени краища

свободните краища на термодвойката; тяхната температура трябва да е известна или компенсирана.

Терморезистор (RTD), Pt100

метален резистор, чието R расте с температурата; Pt100 – платина, 100 Ω при 0 °C, ≈ 0,385 Ω/°C.

NTC термистор

полупроводников резистор, R пада експоненциално с T: R = A·e^(B/T); малък, бърз, нелинеен.

PTC (позистор)

R расте с температурата; бариевият титанат скача рязко около точката на Кюри – за защити.

Термодиод

p-n преход в право включване: напрежението пада с ≈ 2,5 mV на градус.

Мембрана (диафрагма)

тънка пластинка, която се огъва от разликата в наляганията от двете ѝ страни – сърцето на сензорите за налягане.

Абсолютен / относителен сензор за налягане

абсолютният мери спрямо вакуум (барометър), относителният – спрямо атмосферата (гума, прахосмукачка).

Барометрична формула

p = p₀(1 − 2,26·10⁻⁵·h)^5,26 – налягането пада с ~12 Pa на метър близо до земята.

Капацитивен сензор за налягане

мембраната е плоча на кондензатор: C = εA/d расте при огъване – чувствителен, но нелинеен.

Мост на Уитстон

четири резистора в ромб; при равновесие изходът е 0, а малка промяна на едно рамо дава малко напрежение без голямото постоянно ниво.

Самозагряване

токът през терморезистора го загрява и той показва повече от истинското; затова токът е ~1 mA.

Топлинна инерция τ

времето, за което сензорът изминава 63 % от пътя до новата температура – „топлинният RC“.

Ефект на Хол

ток + магнитно поле → напрежение напряко: UH = RH·I·B/d.

Тензорезистор

R расте при опън; k = (ΔR/R)/ε ≈ 2; включва се в мост на Уитстон.

Пиезо стек

слоеве PZT; напрежение → нанометрово удължение ε = d₃₃E.

Соленоид

намотка + желязна котва + пружина = линеен електромагнитен актуатор.

Електрозадвижване

електронна система + двигател + механична трансмисия; ≈ 60 % от електроенергията отива в тях.

Постояннотоков двигател (ПТД)

роторът получава ток през четки и колектор; скоростта се регулира лесно с напрежението; КПД > 90 %.

Противо-е.д.н.

напрежението, което въртящият се мотор сам произвежда (k·ω) – то ограничава тока, щом моторът се завърти.

Пусков ток

токът при тръгване, когато още няма противо-е.д.н.: U/R – многократно по-голям от работния.

PWM (ШИМ)

постоянна честота, информацията (или средното напрежение) е в работния цикъл D, %.

Работен цикъл D

каква част от периода ключът е включен: 0…100 %.

Асинхронен двигател

въртящо се поле от три намотки индуцира ток в ротора; роторът винаги малко изостава (хлъзгане).

Синхронна скорост nS

скоростта на въртящото се поле: nS = 60·f/p, min⁻¹.

Хлъзгане s

(nS − n)/nS – с колко роторът изостава от полето; нормално 1–5 %.

Синхронен двигател

роторът се „хваща“ за полето и върти точно с nS; пусковият момент е 0.

Стъпков двигател

всеки импулс = стъпка α; γ = n·α, позициониране без обратна връзка.

КПД η

полезна механична мощност / взета електрическа мощност.

I-V крива / MPP

характеристиката на соларна клетка; MPP – точката с най-голямо V·I.

TEG

термоелектрически генератор: V = N·α·ΔT.

Суперкондензатор

двоен слой, фаради, 2,3–3,6 V на клетка, 10⁶ цикъла.

Mesh мрежа

всеки възел препредава за съседите – WSN, ZigBee.

Евробализа

точков предавател на ETCS; FSK 3,95/4,52 MHz, 564 kbit/s.

Наноклъстер

0,3–10 nm; голям дял повърхностни атоми → висока чувствителност.

RH

относителна влажност, %.

Абсолютна влажност

грамове водна пара в кубичен метър въздух; за разлика от RH не зависи от температурата.

Психрометър

сух и мокър термометър – мокрият е по-студен от изпарението; от разликата се смята RH.

Капацитивен сензор за влажност

полимер (ε ≈ 5) между две плочи попива вода (ε ≈ 80) и капацитетът расте; напр. HS1101 – 180 pF при 55 %.

Точка на оросяване

температурата, при която RH = 100 %.

MOX

металооксиден газов сензор (SnO₂).

Електрохимичен сензор

газът участва в реакция между два електрода – мери се напрежението (потенциометричен) или токът (амперометричен); селективен.

NDIR (оптичен) сензор

мери колко инфрачервена светлина поглъща газът на своята дължина на вълната (CO₂ – 4,26 μm); опорен канал маха остаряването на лампата.

Пелистор

каталитичен сензор за горими газове.

PM2.5

частици, по-малки от 2,5 μm.

Разсейване на светлина

частицата в лазерния лъч разсейва светлина към фотодиода – импулс, ∝ d⁶ при малките (Релей) и ∝ d² при големите (Ми).

Гравиметричен метод

въздухът минава през филтър, който се претегля преди и след – единственият, който дава истинската маса; еталон.

CEMS

непрекъснат мониторинг на димните газове в комина: сонда, филтър, кондициониране, анализатори, събиране на данни.

TEOM

осцилираща микровезна за прах.

AMR / GMR

анизотропно / гигантско магнитосъпротивление.

SQUID

свръхпроводящ магнитометър (fT).

EDLC

двуслоен суперкондензатор.

PMU

блок за управление на захранването.

MPPT

следене на точката на максимална мощност.

STC

стандартни условия за изпитване на соларни клетки: 1000 W/m², 25 °C, AM1,5.

FF

фактор на запълване на соларна клетка.

ABM

поведенческо моделиране в PSpice.

DRC

проверка на правилата за платката.

FFD / RFD

пълно- / ограничено-функционално устройство в ZigBee.

CSMA/CA

достъп до ефира със „слушане“ и избягване на колизии.

Fail-safe

при отказ → безопасно състояние („зает“).

DAS

оптично влакно като акустичен сензор.

ECU

електронен управляващ блок в автомобила.

IMU

3 акселерометъра + 3 жироскопа.