Snímače a snímanie

   Snímač je zariadenie, ktoré prijíma podnety a odpovedá prostredníctvom elektrických signálov. Citlivá časť snímača sa niekedy označuje ako senzor (čidlo). Senzor Je funkčný prvok, tvoriaci vstupný blok meracieho reťazca, ktorý je v priamom styku s meraným prostredím. Snímač sledovanú fyzikálnu, chemickú alebo biologickú veličinu podľa definovaného princípu transformuje na meraciu veličinu - najčastejšie na veličinu elektrickú. Existujú aj snímače, u ktorých je neelektrická veličina priamo transformovaná na číslicový signál.

   Pojem podnet (stimul) vyjadruje kvantitu, vlastnosť alebo podmienku, ktorá je snímaná a prevádzaná na elektrický signál kompatibilný s elektronickými obvodmi. Môžeme povedať, že snímač je prevodník vo všeobecnosti neelektrickej veličiny na veličinu elektrickú. Keď hovoríme "elektrický" myslíme tým signál, ktorý môže byť spájaný do kanálov, zosilnený a modifikovaný pomocou elektronických prístrojov. Výstupným signálom snímača môže byť napätie, prúd alebo náboj, čo môže byť ďalej popísané pomocou pojmov amplitúda, frekvencia, fáza alebo číslicovým kódom. Uvedená množina charakteristík je nazývaná formát výstupného signálu. Potom signál má vstupné vlastnosti (rôzneho druhu) a výstupné elektrické vlastnosti.

   Základom činnosti každého senzora je premena energie, ktorá môže byť buď priama alebo sprostredkovaná. Energia je skalárna fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje schopnosť hmoty konať prácu. Môže ísť o energiu hmotného telesa (mechanická energia, chemická energia, tepelná energia, elektrická energia, jadrová energia) alebo o energiu poľa (energia elektrického poľa, energia magnetického poľa, energia elektromagnetických vĺn, energia gravitačného poľa, svetelná energia, energia žiarenia). Všeobecnou klasifikačnou kategóriou je rozdelenie energie podľa zdroja na slnečnú, vodnú, veternú, geotermálnu, energiu morských vĺn, parnú energiu, energiu ohňa, svalovú energiu ... Každá z uvedených druhov energie je buď potenciálová (polohová), ktorá má príčinu v polohe danej sústavy, alebo kinetická (pohybová), ktorá má príčinu v pohybe sústavy. Všetky druhy energie sa môžu vzájomne premieňať, pričom pre súčet všetkých energií v uzatvorenej sústave platí zákon zachovania energie.

   Každý snímač je teda prevodníkom energie. To čo meriame nie je hmota. Stále ide o prenos energie z objektu merania na snímač. Proces snímania je špecifický prípad prenosu informácie a každý prenos informácie vyžaduje prenos energie. Snímač je teda zariadenie, ktoré sníma fyzikálnu, chemickú alebo biologickú veličinu x a transformuje ju na mieronosnú, výstupnú veličinu y. Najčastejšie je ňou analógový alebo číslicový elektrický signál. V jednoduchších prípadoch môže byť snímač tvorený samotným senzorom S, senzorom a zosilňovačom Z výstupného elektrického signálu, respektíve obsahuje ešte analógový alebo číslicový prevodník P. Súčasťou meracieho reťazca sa v súčasnosti stáva aj mikroprocesor uP. Integrácia obvodov medzistyku (rozhraní, z angl. "interface") analógových a číslicových senzorov so signálovými procesormi či mikroprocesoromi dostávame stále častejšie využívaný mikrokontrolér uC.

   Ako už bolo uvedené, súčasný rozvoj v oblasti snímačov je orientovaný predovšetkým na meranie neelektrických veličín elektrickými metódami. Pre zariadenia realizujúce túto úlohu boli zavedené pojmy: senzor, snímač, prevodník, detektor, inteligentný snímač, ... ktorých vzájomný vzťah a význam je vo firemnej literatúre a na internete značne nejednotný. V recenzovaných a knižných publikáciach sa ale v poslednej dobe ustálilo nasledujúce názvoslovie:

   Medzi základné požiadavky kladené na inteligentné snímače v súčasnosti patria najmä programovateľné zosilnenie, linearizácia, filtrácia a normalizácia meraného signálu, možnosť automatickej korekcie vplyvu parazitných veličín, pokročilé metódy potlačenia šumu a verifikácia nameraných údajov, autokalibrácia a autodiagnostika, štatistické funkcie, stráženie medzí a možnosť priameho zapojenia snímača do distribuovaných systémov pomocou vhodnej digitálnej komunikačnej zbernice.

   Snímač obyčajne nepracuje osamotene. Je vždy časťou väčšieho systému, ktorý môže zahŕňať ďalšie senzory, prevodníky, prispôsobovacie obvody, signálové procesory, pamäťové zariadenia a aktuátory. Umiestnenie snímača môže byť vo vnútri sledovaného objektu (S2, S3, S4) alebo aj mimo neho (S1), na sledovanie variácii vonkajšieho prostredia. Môže byť tiež súčasťou samotného systému pre zber dát (S5). Ilustrácia je uvedená na nasledujúcom obrázku.

   Objektom snímania môže byť čokoľvek: auto, lietadlo, bezpilotný prostriedok, živočích, človek, tekutina, plyn alebo záujmový priestor. Elektrické signály snímačov sú privedené na multiplexer, ktorého úlohou je raz za čas pripojiť výstupný signál snímača na prevodník (ak snímač produkuje analógový signál), alebo ak sú výstupné signály snímača číslicové, pripojiť ich priamo do počítača. Počítač riadi multiplexer a AD prevodník s požadovaným časovaním. Tiež môže posielať signály do aktuátora, ktorý pôsobí na objekt merania. Príklady aktuátorov sú: motor, solenoid, relé, pneumatické ventily a podobne. Riadiaci systém obsahuje aj periférne zariadenia, napríklad alarmy, displeje, záznamníky atď.