Kaip pagrindinės priemonės fizinei, cheminei ir biologinei informacijai apie objektyvų pasaulį gauti ir analizuoti, prietaisų projektavimo principai integruoja žinias iš kelių disciplinų, įskaitant jutimo technologijas, signalų apdorojimą, duomenų pateikimą ir sistemos valdymą. Tikslas – sunkiai tiesiogiai identifikuojamus reiškinius paversti tiksliais, kiekybiškai įvertinamais ir analizuojamais duomenimis. Šiuolaikinėje pramonėje, moksliniuose tyrimuose ir viešajame valdyme prietaisų projektavimu siekiama ne tik matavimo tikslumo ir reakcijos greičio, bet ir pabrėžiamas prisitaikymas prie aplinkos, ilgalaikis stabilumas ir intelektualių funkcijų integravimas. Jai būdingi principai sudaro pagrindinę suvokimo ir pažinimo grandinės grandį.
Projektavimo pradžia yra jutiklio principo nustatymas, ty išmatuoto parametro pavertimas perduodamu signalu per jutiklį. Jutiklio pasirinkimas priklauso nuo matuojamo objekto savybių. Bendrieji principai yra atsparumo deformacijos efektas, termoelektrinis efektas, pjezorezistinis efektas, fotoelektrinis efektas, elektromagnetinė indukcija ir cheminės adsorbcijos reakcija. Pavyzdžiui, termoporos panaudoja temperatūrų skirtumą tarp dviejų skirtingų metalų sandūrų, kad sukurtų termoelektrinį potencialą, o tai užtikrina nuolatinį temperatūros jutimą; talpiniai jutikliai atspindi skysčio lygį arba slėgį keičiant atstumą tarp elektrodų arba dielektrinę konstantą; ir elektrocheminiai jutikliai išduoda su koncentracija susijusius elektrinius signalus per specifinių jonų redokso reakciją su elektrodais. Jutimo pakopos konstrukcija turi subalansuoti jautrumą, tiesinį diapazoną, atsako laiką ir anti{5}}trukdžius, kad būtų užtikrintas originalaus signalo autentiškumas ir tinkamumas naudoti.
Tada ateina signalo kondicionavimo ir konvertavimo etapas, kuris silpną arba iškraipytą jutiklio išvestį paverčia standartine naudotina informacija. Šis dizainas dažnai apima išankstinį-stiprinimą, triukšmo filtravimą, temperatūros kompensavimą, netiesinę korekciją ir analoginį-į-skaitmeninį (A/D) arba skaitmeninį-į-analoginį (D/A) konvertavimą. Stiprinimo grandinė turi atitikti jutiklio išėjimo varžą ir tolesnių grandinių įvesties reikalavimus. Filtravimo etape naudojamos dažnio srities charakteristikos, kad pašalintų galios dažnio trukdžius, aukšto-dažnio triukšmą ir atsitiktinius trikdžius, užtikrinant signalo grynumą. Temperatūros kompensavimui naudojami termistoriai arba programinės įrangos algoritmai, kad būtų koreguojamas aplinkos temperatūros pokyčių poveikis matavimui, o netiesinė korekcija pagerina įvesties{10}}išvesties santykio tiesiškumą per aparatinės įrangos grandines arba matematinius modelius ir taip pagerina matavimo tikslumą visame diapazone.
Duomenų apdorojimo ir rodymo etape projektavimo principas atsispindi informacijos organizavime ir pateikime. Mikroprocesorių ar įterptųjų sistemų įdiegimas įgalina šiuolaikinius instrumentus atlikti skaičiavimus realiuoju laiku, statistinę analizę, duomenų saugojimą ir kelių kanalų sujungimą. Ekrano blokas pasirenka iš skaitmeninių vamzdelių, LCD ekranų, jutiklinių ekranų arba grafinių sąsajų pagal taikymo scenarijų, intuityviai išreiškdamas matavimo rezultatus skaitine, kreive arba grafine forma. Sistemoms, kurioms reikalinga nuotolinė sąveika, į dizainą įterptas ryšio protokolų krūvas, kad būtų galima keistis duomenimis su pagrindiniu kompiuteriu arba debesies platforma, o tai yra centralizuoto stebėjimo ir sprendimų palaikymo pagrindas.
Sistemos stabilumo ir patikimumo dizainas persmelkia bendrą architektūrą. Tai apima pagrįstą energijos valdymą, elektromagnetinio suderinamumo (EMC) dizainą, dubliavimo konfigūraciją ir gedimų savaiminės{1}diagnostikos mechanizmus. Maitinimo sekcija turi užtikrinti įtampos reguliavimą, izoliaciją ir pereinamąjį slopinimą, kad išoriniai elektros tinklo svyravimai nepaveiktų matavimo tikslumo; EMC konstrukcija naudoja ekranavimą, įžeminimą ir filtravimą, kad būtų slopinami laidūs ir spinduliuojami trukdžiai, užtikrinant normalų prietaiso veikimą sudėtingoje elektromagnetinėje aplinkoje; perteklius ir savidiagnostika{3}}gali duoti įspėjimus arba perjungti atsarginius kanalus, kai sugenda svarbūs komponentai, todėl pagerėja sistemos pasiekiamumas.
Šiuolaikinis instrumentų dizainas taip pat apima protingas ir modulines koncepcijas. Išmanumas pasireiškia integruotuose-algoritmuose, kurie gali atlikti automatinį diapazono perjungimą, funkcijų ištraukimą ir tendencijų numatymą, praplečiant prietaisą nuo pasyvaus matavimo iki aktyvios analizės; Moduliškumas, naudojant standartizuotas sąsajas ir keičiamus funkcinius blokus, palengvina naudotojo-apibrėžtą konfigūraciją ir būsimus atnaujinimus, sumažina priežiūros išlaidas ir pailgina tarnavimo laiką.
Apskritai prietaisų projektavimo principai yra pagrįsti tiksliu jutimu, daugiausia dėmesio skiriant patikimam kondicionavimui ir protingam apdorojimui, siekiant stabilaus pateikimo ir sąveikos{0}}sisteminio inžinerinio metodo. Šių principų supratimas ir taikymas leidžia sukurti didelio našumo ir labai pritaikomus matavimo įrankius įvairiems taikymo poreikiams ir technologinėms sąlygoms, suteikiančius tvirtą duomenų pagrindą moksliniams tyrimams ir pramonės plėtrai.
