Датчыкі гэта электронныя прылады, якія выкарыстоўваюцца для пераўтварэння энергіі з адной формы ў іншую. Яны выкарыстоўваюцца ў розных сферах прымянення, ад прамысловая аўтаматызацыя да медыцынскай візуалізацыі.
У гэтым артыкуле мы дамо агляд таго, што такое пераўтваральнікі і як яны выкарыстоўваюцца. Мы раскажам пра розныя віды пераўтваральнікаў, іх прымяненне і тое, як яны выкарыстоўваюцца:
Вызначэнне пераўтваральніка
Пераўтваральнік гэта прылада, якая ператварае энергію з адной формы ў іншую. Большасць пераўтваральнікаў канвертуюць акустычная або механічная энергія (г. зн. гукавыя хвалі або вібрацыю) у электрычныя сігналы ці наадварот, хоць ёсць і такія, якія могуць пераўтвараць энергію святла, тэмпературы, ціску, магнітнага поля і зменных становішча ў вымерныя электрычныя значэнні.
Прыклады часта выкарыстоўваных пераўтваральнікаў:
- мікрафоны якія пераўтвараюць акустычную энергію ў электрычныя сігналы;
- калонкі якія пераўтвараюць электрычныя сігналы ў акустычныя хвалі;
- тэрмістары якія пераўтвараюць тэмпературныя ваганні ў вымерныя напружання;
- п'езаэлектрычныя крышталі якія могуць генераваць электрычныя сігналы ў адказ на механічную дэфармацыю;
- тензодатчики для выяўлення невялікіх змяненняў фізічнага зрушэння, такіх як сіла або крутоўны момант.
Пераўтваральнікі шырока выкарыстоўваюцца ў паўсядзённым прымяненні, напрыклад тэлефоны, сістэмы медыцынскай візуалізацыі і дыягностыкі машын а таксама спецыялізаваныя сістэмы маніторынгу, такія як сейсмографы і валаконна-аптычныя сеткі перадачы сігналу. Датчыкі дазваляюць фіксаваць тонкія змены ў фізічных паводзінах сістэмы з дапамогай метадаў колькасных вымярэнняў, такіх як вымярэнне расходу і маніторынг працоўных хуткасцей/тэмператур і г.д.
Віды пераўтваральнікаў
Датчыкі гэта прылады, якія пераўтвараюць энергію з адной формы ў іншую. У кантэксце акустычных сістэм пераўтваральнікі звычайна выкарыстоўваюцца для пераўтварэння фізічнай энергіі ў электрычныя сігналы або, наадварот, электрычнасці ў гукавыя хвалі. Нягледзячы на тое, што сёння на рынку даступна мноства тыпаў пераўтваральнікаў, усе яны працуюць у адпаведнасці з некалькімі простымі прынцыпамі.
Самы асноўны тып пераўтваральніка - гэта a п'езаэлектрычны пераўтваральнік, таксама вядомы як кантактны мікрафон або п'еза для сцісласці. П'езаператваральнікі пераўтвараюць механічныя ваганні ў электрычныя сігналы з дапамогай п'езаэлектрычны эфект; электрычны зарад утвараецца ў выніку сціску або вібрацыі, калі некаторыя дыэлектрычныя матэрыялы (напрыклад, кварц) падвяргаюцца механічнаму ўздзеянню. Затым гэты электрычны зарад можа быць узмоцнены і ператвораны ў гукавы гук праз дынамікі або навушнікі.
Яшчэ адзін папулярны тып пераўтваральнікаў - гэта пераўтваральнік электрамагнітнай шпулькі – часам называюць проста a мікрафон. Яны складаюцца з электрамагніта, абгорнутага скруткам дроту; пад уздзеяннем гукавых хваль гэтая шпулька будзе ствараць уласны электрычны ток, які затым можа быць узмоцнены і перададзены праз дынамікі або навушнікі. Паколькі яны, як правіла, рэагуюць з большай дакладнасцю ў дыяпазонах частот, чым прылады на аснове п'еза, мікрафоны звычайна выкарыстоўваюцца ў студыях гуказапісу і ў жывых выступах.
Нарэшце, ёсць пераўтваральнікі блока лічбавага пераўтваральніка (ЦАП).; яны працуюць шляхам апрацоўкі лічбавай інфармацыі і пераўтварэння яе ў аналагавыя сігналы (ці наадварот). Гэтыя прылады важныя для перадачы гукавых сігналаў па лічбавых сетках, такіх як злучэнні Bluetooth; у гэтым выпадку ЦАП будзе выкарыстоўвацца для фільтрацыі частак сігналу, якія могуць перашкаджаць якаснаму прайграванню гуку перад перадачай па бесправадных злучэннях.
Прынцып працы
Пераўтваральнік гэта прылада, якая выкарыстоўваецца для пераўтварэння энергіі з адной формы ў іншую. Ён працуе, прымаючы ўваходную энергію, напрыклад электрычнасць або святло, і ператвараючы яго ў механічны рух або гук.
Найбольш распаўсюджанае прымяненне пераўтваральнікаў - пераўтварэнне электрычных сігналаў у гукавыя хвалі. Гэты тып пераўтваральніка выкарыстоўваецца ў самых розных сферах прымянення, у т.л аўдыёсістэмы, медыцынскія інструменты і ваеннае абсталяванне.
Зараз давайце даследуем як працуе пераўтваральнік і яго розныя віды выкарыстання.
Як працуюць пераўтваральнікі
Пераўтваральнік гэта электрычная прылада, якая звычайна выкарыстоўваецца для пераўтварэння электрычнага сігналу ў фізічную велічыню, такую як гук, цяпло або рух. Гэта пераўтварэнне ажыццяўляецца з дапамогай датчыка для атрымання аналагавага або лічбавага сігналу. Затым аналагавы сігнал пераўтворыцца ў чытэльную форму альбо напружання, альбо току. Даступныя розныя тыпы пераўтваральнікаў для выяўлення розных тыпаў энергетычных сігналаў, такіх як механічныя ваганні і ціск.
Пераўтваральнікі ўтрымліваюць тры ключавыя элементы: крыніца (уваход), прамежкавы элемент (узмацняльнік) і дэтэктар (выхад). Крыніца ўжывае энергію ў выглядзе ціску, гукавых хваль, электрычнага току і г. д., якія могуць быць выяўлены прамежкавым элементам і ўзмоцнены пры неабходнасці перад адпраўкай на выяўленне. Калі прамежкавы элемент атрымлівае ўваходную энергію, ён таксама выяўляе любыя зададзеныя ўласцівасці, такія як частата і амплітуда. Дэтэктар выяўляе гэтыя ўласцівасці, а затым пераўтворыць іх назад у вымерныя фізічныя ўласцівасці, такія як напружанне або ток на выхадзе для далейшага выкарыстання.
У працэсах аўтаматызацыі інтэгруюцца такія аперацыйныя модулі, як робаты ўлада пераўтваральнікі, каб яны маглі выяўляць знешнія сілы, якія дзейнічаюць на руку робата, і гарантаваць, што яе рух застаецца бяспечным у працоўных межах. Пераўтваральнікі магутнасці таксама выкарыстоўваюцца ў прамысловых сістэмах кіравання, дзе токі і напружання неабходна дакладна кантраляваць для доўгатэрміновай стабільнасці і дакладнасці ў аўтаматызаваных працэсах. У сістэмах хатняй аўтаматызацыі дзвярныя замкі звычайна выкарыстоўваюць датчыкі, каб уключайце святло, калі хтосьці набліжаецца да дзвярэй, або адчыняйце вокны, калі адчуваеце рух у хатняй абстаноўцы.
Віды пераўтваральнікаў сігналаў
Датчыкі з'яўляюцца кампанентамі сістэмы, якія выкарыстоўваюцца для пераўтварэння адной формы энергіі ў іншую. Яны вымяраюць, адчуваюць і перадаюць розныя тыпы сігналаў, такія як электрычныя, механічныя, цеплавыя і аптычныя. Сігналы пераўтваральнікаў у асноўным дзеляцца на дзве асноўныя катэгорыі: аналагічны і лічбавы.
Аналагавыя пераўтваральнікі вымяраюць розную фізічную інфармацыю з навакольнага асяроддзя для стварэння аналагавых сігналаў, якія прадстаўляюць такую інфармацыю ў электрычным фармаце. Такія даныя, як ціск, тэмпература, хуткасць і паскарэнне, можна пераўтварыць у аналагавыя сігналы з дапамогай пераўтваральнікаў для вымярэння або кантролю. Прыклады аналагавых пераўтваральнікаў ўключаюць мікрафоны, якія пераўтвараюць гукавыя хвалі ў электрычнае напружанне; п'езаэлектрычныя акселерометры, якія пераўтвараюць механічную вібрацыю ў электрычны ток; тэрмапары, якія вызначаюць тэмпературу; і г.д.
Лічбавыя пераўтваральнікі пераўтвараюць сігнал з фізічных параметраў (такіх як святло або гук) у лічбавыя ўяўленні, якія могуць быць створаны толькі пасля завяршэння апрацоўкі на лічбавым сігнальным працэсары, падлучаным да самога пераўтваральніка. У адрозненне ад аналагавых сігналаў, лічбавыя сігналы складаюцца з дыскрэтных узроўняў, такіх як 0 і 1, якія адпавядаюць некатораму загадзя вызначанаму стану, а не пастаяннага ўзроўню напружання або току ў выпадку аналагавых. Лічбавая апрацоўка сігналаў шырока выкарыстоўваецца ў тэлекамунікацыйных сістэмах, такіх як мабільныя тэлефоны, датчыкі, такія як святлодыёдныя лямпы, сонечныя батарэі і г.д., дзе лічбавыя дадзеныя перадаюцца па сетках на больш высокіх хуткасцях у параўнанні з аналагавымі дадзенымі. Гэта адбываецца таму, што кошт фарміравання ланцугоў для перадачы аднаго біта значна меншы, чым звязаны з фармаваннем ланцугоў для адпраўкі гукавога сігналу частка за часткай у пэўным дыяпазоне частот на адлегласць.
прыкладанняў
Пераўтваральнік шырока выкарыстоўваецца ў розных прыкладаннях, такіх як медыцынскія прылады візуалізацыі, аўтамабільныя датчыкі і сістэмы кіравання прамысловымі працэсамі. Гэта прылада, якая пераўтворыць энергію з адной формы, аналагавай або лічбавай, у іншую. Акрамя таго, пераўтваральнікі з'яўляюцца асновай любой сучаснай сістэмы аўтаматызацыі, паколькі яны выкарыстоўваюцца для пераўтварэнне і кандыцыянаванне сігналаў.
Давайце вывучым розныя сферы прымянення пераўтваральнікаў:
Аўтамабільны
Аўтамабільныя пераўтваральнікі шырока выкарыстоўваюцца ў аўтамабільнай прамысловасці для розных прыкладанняў дзякуючы сваёй дакладнай прадукцыйнасці, невялікім памерам і эканамічнай эфектыўнасці. Яны з'яўляюцца надзвычай важнымі інструментамі, якія выкарыстоўваюцца ў сістэмах кантролю і кіравання транспартнымі сродкамі для вымярэння розных параметраў, такіх як тэмпература, ціск і становішча.
Датчыкі звычайна выкарыстоўваюцца ў аўтамабільных рухавіках для вымярэння хуткасць, становішча кампанентаў напрыклад, поршні або размеркавальныя валы, ціск выхлапных газаў або забруджвальныя рэчывы, тэмпература або хуткасць патоку. Датчыкі могуць дапамагчы выявіць непрадбачаныя праблемы, якія звычайныя метады праверкі прапусцілі б. Напрыклад, датчык хуткасці кручэння можа быць выкарыстаны для вымярэння любых ваганняў абаротаў рухавіка, якія могуць указваць на агульны знос, ненармальнае згаранне або праблемы са зрушэннем.
У электрычнай сістэме аўтамабіля яны могуць быць выкарыстаны для выяўлення электронных сігналаў і забеспячэння зваротнай сувязі аб тым, ці адпавядаюць яны спецыфікацыям вытворцы, а таксама дапамагаюць у ліквідацыі непаладак у электрычных сістэмах аўтамабіля. Тыповыя прымянення ўключаюць вымярэнне ток батарэі і ўзроўні напружання (для кіравання ўзроўнямі зарадкі), датчык ўзроўню паліва (для кантролю дакладнасці ўзроўню), а таксама выяўленне моманту запальвання як на дызельных, так і на бензінавых рухавіках (для забеспячэння аптымальнага згарання). Яны таксама часта выкарыстоўваюцца ў сістэмах вентыляцыі, уключаючы кантроль хуткасці паветраабмену паміж вонкавым паветрам і ўнутраным паветрам у кабінах для кантролю камфорту.
Акрамя таго, тэхналогія пераўтваральнікаў распрацоўваецца для выкарыстання ў сістэмах аўтаматызацыі вытворчасці, дзе датчыкі разгорнуты для аўтаматызаваных рабатызаваных рабочых станцый зборачнай лініі, а таксама для кантролю якасці дэталяў, вырабленых машынамі. Тут даныя з пераўтваральнікаў могуць быць атрыманы робатамі, якія кіруюцца камп'ютэрам, выконваючы не толькі рэгулярныя планавыя праверкі тэхнічнага абслугоўвання, але і такія складаныя задачы, як дыягностыка праблем з выраўноўваннем або няспраўнасцяў, звязаных з адключэннем у вытворчых лініях.
Прамысловы
Прамысловыя прымянення пераўтваральнікаў звычайна сустракаюцца ў аўтаматызацыі вытворчасці, кіраванні працэсамі і робататэхніцы. Агульныя прамысловыя датчыкі паскарэнне, рух, вібрацыя, ціск/сіла, тэмпература, зрушэнне/адлегласць/палажэнне і дакрануцца. Гэтыя тыпы прыкладанняў, як правіла, з'яўляюцца сістэмамі аднабаковай сувязі, у якіх пераўтваральнік пераўтворыць сігналы фізічнай энергіі ў электрычныя ў якасці зваротнай сувязі з працэсарам маніторынгу або ў якасці ўваходных дадзеных для схем кіравання, якія ўплываюць на фізічныя працэсы праз такія прывады, як рухавікі або саленоіды.
Шырокі выбар тыпаў датчыкаў дазваляе выкарыстоўваць пераўтваральнікі для розных прамысловых працэсаў, такіх як рэзка і фармоўка металу, працэсы бурэння і перапрацоўкі нафтавых радовішчаў (SPM), зварачныя сістэмы і зборачныя машыны. У залежнасці ад тыпу прымянення, для якога выкарыстоўваецца пераўтваральнік, можа спатрэбіцца пераўтварыць выхадны электрычны сігнал з адной формы энергіі ў іншую прыдатную форму (тэмпература ў ціск або перамяшчэнне ў хуткасць).
Датчыкі могуць нават злучацца паміж сабой у складаныя сеткі з валаконна-аптычнымі лініямі, якія часта злучаюць «стратэгічныя» кропкі буйных аўтаматызаваных вытворчых устаноў. Прылады вываду могуць быць аналагічным чынам падключаны назад ад працэсараў, каб прыняць меры па зваротнай сувязі з навакольнага асяроддзя. Прымяненне прамысловых пераўтваральнікаў вар'іруецца ад таго, каб зрабіць вымярэнні даступнымі для людзей (дысплей тэрмінала дадзеных) для выканання вылічэнняў на пазіцыйных дадзеных адносна захаваных праграм адносна прымальных параметраў (сервосистемы з замкнёным контурам).
медыцынская
Датчыкі выкарыстоўваюцца ў медыцынскіх тэхналогіях для розных мэтаў. Адным з такіх прыкладанняў з'яўляецца электракардыяграфія (ЭКГ) які вымярае электрычныя імпульсы сэрца з цягам часу і адлюстроўвае іх у выглядзе графіка. У гэтым працэсе электроды размяшчаюцца на ўчастках цела, такіх як канечнасці або грудзі, і накіроўваюць іх да ЭКГ. Электроды выяўляюць электрычную актыўнасць сэрца, каб ацаніць любыя нерэгулярныя ўдары або любое іншае выяўленае захворванне, звязанае з сардэчнай дзейнасцю.
Іншае медыцынскае прымяненне пераўтваральнікаў выкарыстоўваецца для ультрагукавая візуалізацыя і сканаванне. Гэта прадугледжвае выкарыстанне прыбора, вядомага як ультрагукавы зонд, для выпраменьвання высокачашчынных гукавых хваль у пэўныя часткі цела для стварэння малюнкаў, якія паказваюць мяккія тканіны і органы, такія як косці, мышцы, сухажыллі, звязкі, храсткі і крывяносныя пасудзіны. Гэтыя выявы могуць быць выкарыстаны для дыягностыкі хвароб у арганізме, такіх як дыягностыка пухлін або іншых захворванняў, такіх як рак.
Акрамя таго, пераўтваральнікі выкарыстоўваюцца ў інструменты маніторынгу – прылады, якія прадастаўляюць інфармацыю ў рэжыме рэальнага часу аб стане пацыента ад аднаго моманту да іншага на працягу пэўнага перыяду часу – у тым ліку:
- Пульсоксиметры якія вымяраюць узровень насычэння крыві кіслародам.
- Маніторы ЭКГ якія вымяраюць каранарны пульс або парушэнні рытму.
- Маніторы для тэмпература, частата дыхання і іншыя жыццёва важныя прыкметы, як артэрыяльны ціск і ўзровень глюкозы.
Бытавая электроніка
Сярод іх бытавая электроніка найбольш распаўсюджаныя вобласці прымянення пераўтваральнікаў. Гэта адбываецца таму, што пераўтваральнікі здольныя пераўтвараць электрычную энергію ў гук, які затым можа выкарыстоўвацца дынамікамі ў розных тыпах аўдыяпрылад. Акрамя таго, пераўтваральнікі выкарыстоўваюцца для пераўтварэння энергіі з адной формы ў іншую з мэтай паляпшэння суадносін сігнал/шум у тэле- і радыёпрыёмніках. Яны таксама гуляюць ролю ў пераўтварэнні электронных сігналаў у акустычныя хвалі, каб іх можна было ўзмацніць.
Іншыя прыклады ўключаюць іх выкарыстанне ў тэлефонах і гарнітурах, дзе яны дапамагаюць узмацняць гук, а таксама паменшыць фонавы шум. Пераўтваральнікі таксама выкарыстоўваюцца ў відэазапісваючым абсталяванні, такім як відэакамеры і лічбавыя фотаапараты, для пераўтварэння аптычных сігналаў у электрычныя, каб іх потым можна было захоўваць у лічбавым выглядзе або кіраваць імі з дапамогай кампутара. Нарэшце, медыцынскае абсталяванне часта выкарыстоўвае тэхналогію пераўтваральніка ультрагукавая візуалізацыя і іншыя мэты.
Перавагі і недахопы
Пераўтваральнік гэта прылада, якая можа пераўтвараць адну форму энергіі ў іншую. Ён выкарыстоўваецца ў самых розных сферах прымянення, такіх як вымярэнне сіла, тэмпература, становішча, хуткасць і іншыя фізічныя зменныя.
У гэтым артыкуле мы абмяркуем перавагі і недахопы выкарыстання пераўтваральнікаў. Разумеючы перавагі і недахопы пераўтваральніка, вы можаце прыняць абгрунтаванае рашэнне аб яго выкарыстанні ў розных сферах прымянення.
перавагі
Пераўтваральнік гэта прылада, якая пераўтварае энергію з адной формы ў іншую, часта з мэтай вымярэння фізічнай велічыні. Існуе мноства розных тыпаў пераўтваральнікаў, кожны з якіх падыходзіць для пэўнай мэты. Датчыкі даюць мноства пераваг з пункту гледжання зручнасці і дакладнасці і сталі незаменнымі кампанентамі ў сучасных тэхналогіях.
Да пераваг пераўтваральнікаў можна аднесці:
- трываласць: Датчыкі адносна неадчувальныя да ўмоў навакольнага асяроддзя, і іх можна выкарыстоўваць пры экстрэмальных тэмпературах і іншых небяспечных умовах. Як правіла, яны патрабуюць невялікага абслугоўвання на працягу ўсяго тэрміну службы.
- Высокая хуткасць: Многія датчыкі могуць даваць паказанні на працягу мілісекунд, што дазваляе хутка рэагаваць і кантраляваць зваротную сувязь, калі гэта неабходна.
- Гнуткасць: Шырокі спектр прымянення магчымы дзякуючы шматлікім сэнсарным магчымасцям пераўтваральнікаў, ад вымярэнняў кіравання працэсам да медыцынскай дыягностыкі.
- Дакладнасць: Выхадны сігнал ад пераўтваральніка звычайна вельмі дакладны ў параўнанні з вымярэннямі, зробленымі ўручную або іншымі менш надзейнымі спосабамі. Хібнасці вымярэнняў могуць быць значна ніжэй, чым пры ручных метадах.
- Эканамічная эфектыўнасць: Кошт пераўтваральнікаў рэзка ўпаў за апошнія гады дзякуючы прагрэсу ў тэхналогіях, якія цяпер робяць іх даступнымі для большасці прыкладанняў.
недахопы
Датчыкі маюць як перавагі, так і недахопы. Хоць яны з'яўляюцца зручным, эфектыўным і эканамічна эфектыўным спосабам пераўтварэння энергіі з адной формы ў іншую, у іх ёсць абмежаванні.
Найбольш прыкметным недахопам пераўтваральнікаў з'яўляецца іх успрымальнасць да шумавыя перашкоды. Асабліва гэта актуальна пры вымярэнні нізкачашчынных паказанняў. На пераўтваральнікі могуць негатыўна ўплываць іншыя электрычныя сігналы, што прыводзіць да недакладных паказанняў і недакладных вынікаў.
Яшчэ адным недахопам пераўтваральнікаў з'яўляецца іх адносная павольны час водгуку у параўнанні з іншымі формамі пераўтварэння энергіі, такімі як механічныя прылады або алгарытмы. У пэўных сферах прымянення, напрыклад, калі неабходныя хуткія рашэнні або высокі ўзровень дакладнасці, традыцыйныя метады могуць быць больш прыдатнымі, чым сістэмы пераўтваральнікаў.
Пераўтваральнікі таксама патрабуюць спецыялізаваныя навыкі правільна ўсталёўваць і эксплуатаваць іх, што робіць іх непрыдатнымі для многіх прыкладанняў, дзе даступны некваліфікаваны персанал або патрабуецца асяроддзе хуткае разгортванне і лёгкае кіраванне для аптымальнай прадукцыйнасці.
заключэнне
У заключэнне, пераўтваральнікі з'яўляюцца важным элементам многіх галін прамысловасці і прылад жыцця. Яны могуць ператвараць электрычную энергію ў механічную і наадварот, што дазваляе праводзіць важныя вымярэнні, якія раней былі немагчымыя. Датчыкі ахопліваюць шырокі спектр прымянення і могуць выкарыстоўвацца ў спалучэнні адзін з адным для атрымання больш дакладных вымярэнняў.
Розныя тыпы адрозніваюцца па дызайне і выкарыстанні; Ультрагукавыя пераўтваральнікі асабліва карысныя для неразбуральнае выпрабаванне дзякуючы іх здольнасці вымяраць таўшчыню матэрыялу, ніякім чынам не ўмешваючыся ў аб'ект. П'езаэлектрычныя пераўтваральнікі ператвараюць механічнае напружанне ў электрычны патэнцыял, што робіць іх прыдатнымі для медыцынскай візуалізацыі, паколькі яны забяспечваюць выразныя выявы ўнутраных органаў. Нарэшце, рэзістыўныя пераўтваральнікі выдатна падыходзяць для вымярэння змяненняў тэмпературы, што робіць іх прыдатнымі для выкарыстання ў аўтамабілях, такіх як маніторынг тэмпературы рухавіка.
У цэлым пераўтваральнікі служаць многім мэтам, як вялікім, так і малым, і карыстальнікам важна разумець, як працуюць гэтыя прылады, каб яны маглі выбраць правільны тып для сваіх патрэб. Па меры развіцця тэхналогій у людзей будзе больш магчымасцей выкарыстоўваць удасканаленыя датчыкі, якія абапіраюцца на тэхналогію пераўтваральнікаў, таму важна быць у курсе гэтага пытання!
Я Йост Нуссельдэр, заснавальнік Neaera і маркетынг кантэнту, тата, і люблю выпрабоўваць новае абсталяванне з гітарай у цэнтры майго захаплення, і разам са сваёй камандай я ствараю падрабязныя артыкулы ў блогу з 2020 года каб дапамагчы верным чытачам парадамі па запісе і гітары.
