Převodníky jsou elektronická zařízení, která se používají k přeměně energie z jedné formy na druhou. Používají se v různých aplikacích, od od průmyslové automatizace až po lékařské zobrazování.
V tomto článku poskytneme přehled o tom, co jsou převodníky a jak se používají. Budeme pokrývat různé typy převodníků, jejich aplikace a jak se používají:
Definice převodníku
Převodník je zařízení, které přeměňuje energii z jedné formy na druhou. Většina převodníků konvertuje akustická nebo mechanická energie (tj. zvukové vlny nebo vibrace) na elektrické signály nebo naopak, i když existují i takové, které dokážou přeměnit energii ze světla, teploty, tlaku, magnetického pole a polohových proměnných na měřitelné elektrické veličiny.
Příklady běžně používaných převodníků zahrnují:
- mikrofony které přeměňují akustickou energii na elektrické signály;
- reproduktory které převádějí elektrické signály na akustické vlny;
- termistory které převádějí teplotní výkyvy na měřitelná napětí;
- piezoelektrické krystaly které mohou generovat elektrické signály v reakci na mechanickou deformaci;
- tenzometry pro detekci malých změn ve fyzickém posunutí, jako je síla nebo točivý moment.
Převodníky jsou široce používány v každodenních aplikacích jako např telefony, lékařské zobrazovací a strojní diagnostické systémy stejně jako specializované monitorovací systémy jako seismografy a sítě pro přenos signálu z optických vláken. Převodníky umožňují zachytit jemné změny ve fyzikálním chování systému pomocí kvantitativních měřicích technik, jako je např. měření průtoku a sledování provozních rychlostí/teplot atd.
Typy převodníků
Převodníky jsou zařízení, která přeměňují energii z jedné formy na druhou. V kontextu akustických systémů se převodníky běžně používají k přeměně fyzické energie na elektrické signály nebo naopak – elektřiny na zvukové vlny. I když je dnes na trhu k dispozici mnoho typů převodníků, všechny fungují podle několika jednoduchých principů.
Nejzákladnějším typem převodníku je a piezoelektrické převodník, známý také jako kontaktní mikrofon resp piezo ve zkratce. Piezoměniče převádějí mechanické vibrace na elektrické signály pomocí piezoelektrický efekt; elektrický náboj vzniká kompresí nebo vibrací, když jsou určité dielektrické materiály (jako křemen) vystaveny mechanickému namáhání. Tento elektrický náboj lze poté zesílit a převést na slyšitelný zvuk prostřednictvím reproduktorů nebo sluchátek.
Dalším oblíbeným typem převodníku je elektromagnetický cívkový převodník – někdy označovaný jednoduše jako a MIC. Ty se skládají z elektromagnetu obaleného cívkou drátu; při vystavení zvukovým vlnám tato cívka vytvoří svůj vlastní elektrický proud, který pak může být zesílen a přenášen přes reproduktory nebo sluchátka. Vzhledem k tomu, že mají tendenci reagovat s větší přesností napříč frekvenčními rozsahy než piezoelektrická zařízení, jsou mikrofony běžně používány v nahrávacích studiích i při živých vystoupeních.
Konečně existují převodníky digitálního převodníku (DAC).; tyto fungují tak, že zpracovávají digitální informace a převádějí je na analogové signály (nebo naopak). Tato zařízení jsou nezbytná pro přenos zvukových signálů přes digitální sítě, jako je připojení Bluetooth; v tomto případě by se DAC použil k odfiltrování částí signálu, které mohou rušit kvalitní přehrávání zvuku před přenosem přes bezdrátové připojení.
Pracovní princip
Převodník je zařízení používané k přeměně energie z jedné formy na druhou. Funguje tak, že odebírá vstupní energii, jako např elektřina nebo světloa převést jej na mechanický pohyb nebo zvuk.
Nejběžnější použití převodníků je při přeměně elektrických signálů na zvukové vlny. Tento typ převodníku se používá v různých aplikacích, včetně audio systémy, lékařské nástroje a vojenské přístroje.
Nyní pojďme prozkoumat jak funguje převodník a jeho různé využití.
Jak fungují převodníky
Převodník je elektrické zařízení běžně používané k přeměně elektrického signálu na fyzikální veličinu, jako je zvuk, teplo nebo pohyb. Tato konverze se provádí pomocí senzoru pro vytvoření analogového signálu nebo digitálního signálu. Analogový signál je poté převeden do čitelné formy buď napětí nebo proudu. K dispozici jsou různé typy převodníků pro detekci různých typů energetických signálů jako např mechanické vibrace a tlak.
Převodníky obsahují tři klíčové prvky: zdroj (vstup), mezilehlý prvek (zesilovač) a detektor (výstup). Zdroj aplikuje energii ve formě tlaku, zvukových vln, elektrického proudu atd., která může být detekována mezičlánkem a podle potřeby zesílena před odesláním k detekci. Když mezičlánek přijímá vstupní energii, také detekuje jakékoli předem stanovené vlastnosti, jako je např frekvence a amplituda. Detektor tyto vlastnosti detekuje a následně je převede zpět na měřitelnou fyzikální vlastnost, jako je napětí nebo proud na výstupním stupni pro další použití.
V automatizačních procesech jsou integrovány operační moduly, jako jsou roboti energie převodníky, aby mohly detekovat vnější síly, které působí na rameno robota, a zajistit, aby jeho pohyb zůstal bezpečný v rámci provozních limitů. Výkonové měniče se také používají v průmyslových řídicích systémech, kde proudy a napětí je třeba přesně sledovat pro dlouhodobou stabilitu a přesnost v automatizovaných procesech. V systémech domácí automatizace dveřní zámky obvykle používají senzory zapněte světla, když se někdo přiblíží ke dveřím, nebo otevřete okna, když zaznamenáte pohyby v domácím prostředí.
Typy signálů převodníků
Převodníky jsou součásti systému používané k přeměně jedné formy energie na jinou. Měří, snímají a přenášejí různé typy signálů, jako jsou elektrické, mechanické, tepelné a optické. Signály převodníků se dělí hlavně do dvou hlavních kategorií: analogový a digitální.
Analogové převodníky měří různé fyzické informace z prostředí a generují analogové signály, které reprezentují takové informace v elektrickém formátu. Data jako tlak, teplota, rychlost a zrychlení lze převést na analogové signály pomocí převodníků pro účely měření nebo řízení. Příklady analogových převodníků zahrnují mikrofony, které převádějí zvukové vlny na elektrické napětí; piezoelektrické akcelerometry, které převádějí mechanické vibrace na elektrický proud; termočlánky, které zjišťují teplotu; atd.
Digitální převodníky převádějí signál z fyzických parametrů (jako je světlo nebo zvuk) na digitální reprezentace, které lze generovat až po dokončení zpracování na digitálním signálovém procesoru připojeném k samotnému převodníku. Na rozdíl od analogových signálů se digitální signály skládají z diskrétních úrovní, jako jsou 0s a 1s odpovídající nějakému předem definovanému stavu, spíše než spojité úrovně napětí nebo proudu v případě analogových. Digitální zpracování signálu je široce používáno v telekomunikačních systémech, jako je např mobilní telefony, senzory jako LED světla, solární panely atd., kde digitální data proudí přes sítě vyšší rychlostí ve srovnání s analogovými daty. Je to proto, že náklady na vytváření obvodů pro přenos jednoho bitu jsou mnohem nižší než náklady spojené s vytvářením obvodů pro odesílání zvukové vlny kus po kusu v určitém frekvenčním rozsahu na určitou vzdálenost.
Aplikace
Převodník je široce používán v řadě různých aplikací, jako je např lékařská zobrazovací zařízení, automobilové senzory a systémy řízení průmyslových procesů. Je to zařízení, které převádí energii z jedné formy, analogové nebo digitální, do jiné formy. Kromě toho jsou převodníky základem každého moderního automatizačního systému, protože se používají převod signálu a úprava signálu.
Pojďme prozkoumat různé aplikace převodníků:
Automobilový průmysl
Automobilové převodníky jsou široce používány v automobilovém průmyslu pro různé aplikace díky jejich přesnému výkonu, malým rozměrům a nákladové efektivitě. Jsou to nesmírně důležité nástroje používané v monitorovacích a řídicích systémech vozidel k měření různých parametrů jako např teplota, tlak a poloha.
Převodníky se běžně používají v automobilových motorech k měření rychlost, poloha komponent jako jsou písty nebo vačkové hřídele, tlak výfukových plynů nebo znečišťující látky, teplota nebo průtok. Snímače mohou pomoci identifikovat nepředvídané problémy, které by běžné kontrolní metody přehlédly. Snímač rychlosti otáčení lze například použít k měření jakýchkoliv výkyvů otáček motoru, které by mohly indikovat obecné opotřebení, abnormální spalování nebo problémy s nesouosostí.
V elektrickém systému vozidla je lze použít k detekci elektronických signálů a poskytovat zpětnou vazbu o tom, zda je v rámci specifikací výrobce, a pomáhat při odstraňování problémů s elektrickými systémy ve voze. Mezi typické aplikace patří měření úrovně proudu a napětí baterie (pro správu úrovní nabití), snímání hladiny paliva (pro sledování přesnosti úrovně) a také detekce časování zapalování u dieselových i benzinových motorů (pro zajištění optimálního spalování.) Často se také používají ve ventilačních systémech včetně řízení rychlosti výměny vzduchu mezi venkovním vzduchem a vnitřními kabinami pro účely řízení komfortu.
Kromě toho je vyvíjena technologie převodníků pro použití v systémech automatizace továren, kde jsou senzory nasazovány pro automatizované robotické montážní linky a také pro kontrolu kvality dílů vyráběných stroji. Zde mohou být data z převodníků zachycována počítačově řízenými roboty provádějícími nejen pravidelné plánované údržby, ale také složité úkoly, jako je např diagnostiku problémů se zarovnáním nebo poruch souvisejících s vypnutím v rámci výrobních linek.
Průmysl
Průmyslové aplikace Převodníky se obvykle vyskytují v automatizaci továren, řízení procesů a robotice. Běžné průmyslové senzory jsou zrychlení, pohyb, vibrace, tlak/síla, teplota, posunutí/vzdálenost/poloha a dotknout se. Tyto typy aplikací jsou typicky jednosměrné komunikační systémy, ve kterých převodník převádí fyzické signály na elektrickou energii jako zpětnou vazbu do monitorovacího procesoru nebo jako vstup pro řídicí obvody, které ovlivňují fyzický proces prostřednictvím aktuátorů, jako jsou motory nebo solenoidy.
Široká škála typů snímačů umožňuje použití snímačů pro různé průmyslové procesy, jako je řezání a tváření kovů, procesy vrtání a rafinace ropných polí (SPM), svařovací systémy a montážní stroje. V závislosti na typu aplikace, pro kterou se převodník používá, může být nutné převést elektrický výstupní signál z jedné formy energie na jinou vhodnou formu (teplotu na tlak nebo posun na rychlost).
Převodníky mohou být dokonce propojeny ve složitých sítích pomocí optických linek, které často spojují „strategické“ body ve velkých automatizovaných výrobních zařízeních. Výstupní zařízení mohou být podobně připojena zpět k procesorům a reagovat na zpětnou vazbu z okolí. Aplikace průmyslových převodníků sahají od zpřístupnění měření lidem (displej datového terminálu) k provádění výpočtů polohových dat vzhledem k uloženým programům s ohledem na přijatelné parametry (servosystémy s uzavřenou smyčkou).
Zdravotnictví
Převodníky se používají v lékařské technice pro řadu aplikací. Jednou z takových aplikací je elektrokardiografie (EKG) který měří elektrické impulsy srdce v čase a zobrazuje je jako graf. V tomto procesu jsou elektrody umístěny na části těla, jako jsou končetiny nebo hrudník, a vedou je do EKG přístroje. Elektrody detekují elektrickou aktivitu srdce, aby vyhodnotily jakékoli nepravidelné tepy nebo jakýkoli jiný detekovatelný stav spojený se srdeční aktivitou.
Pro další lékařské aplikace se používají převodníky ultrazvukové zobrazování a skenování. To zahrnuje použití zařízení známého jako ultrazvuková sonda, která vysílá vysokofrekvenční zvukové vlny v určitých částech těla a vytváří obrazy, které zobrazují měkké tkáně a orgány, jako jsou kosti, svaly, šlachy, vazy, chrupavky a krevní cévy. Tyto obrázky lze použít k diagnostice onemocnění v těle, jako je diagnostika nádorů nebo jiných onemocnění, jako je rakovina.
Kromě toho se používají převodníky monitorovací nástroje – zařízení, která poskytují informace o stavu pacienta v reálném čase z jednoho bodu v čase do druhého během určitého časového období – včetně:
- Pulzní oxymetry které měří hladinu saturace kyslíkem v krvi.
- EKG monitory které měří koronární srdeční frekvenci nebo abnormality rytmu.
- Monitory pro teplota, rychlost dýchání a další vitální funkce jako krevního tlaku a hladiny glukózy.
Consumer Electronics
Spotřební elektronika patří mezi nejběžnější aplikace převodníků. Převodníky jsou totiž schopny přeměnit elektrickou energii na zvuk, který pak mohou využít reproduktory v různých typech audio zařízení. Kromě toho se převodníky používají pro přeměnu energie z jedné formy na druhou, aby se zlepšil poměr signálu k šumu v televizních a rozhlasových přijímačích. Hrají také roli při přeměně elektronických signálů na akustické vlny, aby je bylo možné zesílit.
Mezi další příklady patří jejich použití v telefonech a náhlavních soupravách, kde pomáhají zesilovat zvuk a také snížit hluk pozadí. Převodníky se také používají v zařízeních pro záznam videa, jako jsou videokamery a digitální fotoaparáty, k převodu optických signálů na elektrické, takže je lze digitálně ukládat nebo s nimi manipulovat pomocí počítače. A konečně, lékařské vybavení často používá technologii převodníků ultrazvukové zobrazování a další účely.
Výhody a nevýhody
Převodník je zařízení, které dokáže přeměnit jednu formu energie na jinou formu energie. Používá se v široké škále aplikací, jako je měření síla, teplota, poloha, rychlost a další fyzikální proměnné.
V tomto článku probereme výhody a nevýhody používání převodníků. Když pochopíte výhody a nevýhody převodníku, můžete se informovaně rozhodnout o jeho použití v různých aplikacích.
Výhody
Převodník je zařízení, které přeměňuje energii z jedné formy na druhou, často s cílem měřit fyzikální veličinu. Existuje mnoho různých typů převodníků, z nichž každý je vhodný pro určitý účel. Převodníky nabízejí četné výhody z hlediska pohodlí a přesnosti a staly se nepostradatelnými součástmi moderní technologie.
Mezi výhody převodníků patří:
- Robustnost: Převodníky jsou relativně necitlivé na podmínky prostředí a lze je používat v extrémních teplotách a jiných nebezpečných podmínkách. Během své životnosti obvykle vyžadují minimální údržbu.
- Vysokorychlostní: Mnoho senzorů může poskytnout údaje během milisekund, což umožňuje rychlou odezvu a zpětnou vazbu v případě potřeby.
- Všestrannost: Díky mnoha snímacím schopnostem převodníků je možná široká škála aplikací, od měření řízení procesu až po lékařskou diagnostiku.
- Přesnost: Výstupní signál z převodníku je obvykle velmi přesný ve srovnání s měřením prováděným ručně nebo jinými méně spolehlivými prostředky. Chyby měření mohou být mnohem nižší než u manuálních metod.
- Efektivita nákladů: Náklady na převodníky v posledních letech dramaticky klesly v důsledku technologického pokroku, který je nyní činí dostupnými pro většinu aplikací.
Nevýhody
Převodníky mají výhody i nevýhody. Přestože jsou pohodlným, účinným a nákladově efektivním způsobem přeměny energie z jedné formy na druhou, mají svá omezení.
Nejvýraznější nevýhodou převodníků je jejich náchylnost k rušení šumem. To platí zejména při měření nízkofrekvenčních odečtů. Převodníky mohou být nepříznivě ovlivněny jinými elektrickými signály, což má za následek nepřesné odečty a nepřesné výsledky.
Další nevýhodou převodníků je jejich relativní pomalá doba odezvy ve srovnání s jinými formami přeměny energie, jako jsou mechanická zařízení nebo algoritmy. V určitých aplikacích, například tam, kde je potřeba rychlá rozhodnutí nebo když je nutná vysoká úroveň přesnosti, mohou být tradiční metody vhodnější než systémy převodníků.
Převodníky také vyžadují specializované dovednosti správně je nainstalovat a provozovat, což je činí nevhodnými pro mnoho aplikací, kde je k dispozici nekvalifikovaný personál nebo prostředí vyžaduje rychlé nasazení a snadná obsluha pro optimální výkon.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Závěrem lze říci, převodníky jsou základním prvkem mnoha průmyslových odvětví a zařízení pro životní styl. Mohou přeměnit elektrickou energii na mechanickou energii a naopak, což umožňuje provádět důležitá měření, která dříve nebyla možná. Snímače pokrývají širokou škálu oblastí použití a lze je použít ve vzájemné kombinaci pro přesnější měření.
Různé typy se liší v designu a použití; Ultrazvukové měniče jsou zvláště užitečné pro nedestruktivní testování díky jejich schopnosti měřit tloušťku materiálu, aniž by jakkoli zasahovaly do předmětu. Piezoelektrické měniče přeměňují mechanické napětí na elektrické potenciály, které je činí vhodnými pro lékařské zobrazování, protože poskytují jasný obraz vnitřních orgánů. konečně odporové převodníky jsou vynikající pro měření teplotních změn, díky čemuž jsou vhodné pro použití v automobilech, jako je monitorování teplot motoru.
Celkově lze říci, že snímače slouží mnoha účelům, velkým i malým, a je důležité, aby uživatelé pochopili, jak tato zařízení fungují, aby si mohli vybrat správný typ pro své potřeby. Jak technologie postupuje, lidé budou mít více příležitostí využívat vylepšené senzory, které se spoléhají na technologii převodníků, takže je důležité zůstat v této věci vzdělaní!
Jsem Joost Nusselder, zakladatel společnosti Neaera a obsahový marketér, táta a rád zkouším nové vybavení s kytarou v srdci mé vášně a společně se svým týmem tvořím od roku 2020 podrobné články na blogu. pomoci věrným čtenářům s nahráváním a kytarovými tipy.
