Trosglwyddyddion dyfeisiau electronig sy'n cael eu defnyddio i drosi ynni o un ffurf i'r llall. Fe'u defnyddir mewn amrywiaeth o gymwysiadau, o awtomeiddio diwydiannol i ddelweddu meddygol.
Yn yr erthygl hon, byddwn yn darparu trosolwg o beth yw transducers a sut y cânt eu defnyddio. Byddwn yn ymdrin â'r gwahanol mathau o drosglwyddyddion, eu cymwysiadau, a sut y cânt eu defnyddio:
Diffiniad o transducer
Mae transducer yn ddyfais sy'n trosi egni o un ffurf i ffurf arall. Mae mwyafrif y transducers yn trosi ynni acwstig neu fecanyddol (hy tonnau sain neu ddirgryniad) yn signalau trydanol neu i'r gwrthwyneb, er bod rhai hefyd sy'n gallu trosi egni o olau, tymheredd, gwasgedd, maes magnetig a newidynnau safle yn werthoedd trydanol mesuradwy.
Mae enghreifftiau o drawsddygwyr a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys:
- meicroffonau sy'n trosi egni acwstig yn signalau trydanol;
- uchelseinyddion sy'n trosi signalau trydanol yn donnau acwstig;
- thermistorau sy'n trosi amrywiadau tymheredd yn folteddau mesuradwy;
- crisialau piezoelectrig sy'n gallu cynhyrchu signalau trydanol mewn ymateb i anffurfiad mecanyddol;
- medryddion straen ar gyfer canfod amrywiadau bach mewn dadleoli corfforol megis grym neu trorym.
Defnyddir transducers yn eang mewn cymwysiadau bob dydd fel ffonau, delweddu meddygol a systemau diagnosis peiriannau yn ogystal â systemau monitro arbenigol fel seismograffau a rhwydweithiau trawsyrru signal ffibr-optig. Mae trawsddygiaduron yn caniatáu dal newidiadau cynnil yn ymddygiad corfforol system trwy ddefnyddio technegau mesur meintiol megis mesur llif a monitro cyflymder/tymheredd gweithredol ac ati
Mathau o drosglwyddyddion
Trosglwyddyddion yn ddyfeisiau sy'n trosi egni o un ffurf i ffurf arall. Yng nghyd-destun systemau acwstig, defnyddir trawsddygiaduron yn gyffredin i drosi egni corfforol yn signalau trydanol, neu i'r gwrthwyneb - trydan yn donnau sain. Er bod llawer o fathau o drosglwyddyddion ar gael ar y farchnad heddiw, maent i gyd yn gweithredu yn unol ag ychydig o egwyddorion syml.
Y math mwyaf sylfaenol o drawsddygiadur yw a piezoelectrig transducer, adwaenir hefyd fel meicroffon cyswllt neu piezo yn fyr. Mae trawsddygiaduron Piezo yn trosi dirgryniadau mecanyddol yn signalau trydanol gan ddefnyddio'r effaith piezoelectrig; mae gwefr drydanol yn cael ei chynhyrchu trwy gywasgu neu ddirgryniad pan fydd rhai deunyddiau dielectrig (fel cwarts) yn destun straen mecanyddol. Yna gellir chwyddo'r wefr drydanol hon a'i throsi'n sain glywadwy trwy seinyddion neu glustffonau.
Math poblogaidd arall o transducer yw'r transducer coil electromagnetig – cyfeirir ato weithiau fel a meic. Mae'r rhain yn cynnwys electromagnet wedi'i lapio â coil o wifren; pan fydd yn agored i donnau sain, bydd y coil hwn yn creu ei gerrynt trydanol ei hun, y gellir ei chwyddo a'i drosglwyddo trwy seinyddion neu glustffonau. Gan eu bod yn tueddu i ymateb yn fwy manwl gywir ar draws ystodau amledd na dyfeisiau sy'n seiliedig ar piezo, mae mics yn cael eu defnyddio'n gyffredin mewn stiwdios recordio a pherfformiadau byw fel ei gilydd.
Yn olaf, mae transducers blwch trawsnewid digidol (DAC).; mae'r rhain yn gweithio trwy brosesu gwybodaeth ddigidol a'i throsi'n signalau analog (neu i'r gwrthwyneb). Mae'r dyfeisiau hyn yn hanfodol ar gyfer trosglwyddo signalau sain dros rwydweithiau digidol fel cysylltiadau Bluetooth; yn yr achos hwn, byddai DAC yn cael ei ddefnyddio i hidlo rhannau o'r signal a allai ymyrryd â chwarae sain o ansawdd cyn ei drosglwyddo dros gysylltiadau diwifr.
Egwyddor Gweithio
Mae transducer yn ddyfais a ddefnyddir i drosi ynni o un ffurf i ffurf arall. Mae'n gweithio trwy gymryd egni mewnbwn, megis trydan neu olau, a'i drosi yn symudiad mecanyddol neu sain.
Y defnydd mwyaf cyffredin o drawsddygiaduron yw trosi signalau trydanol yn donnau sain. Defnyddir y math hwn o transducer mewn amrywiaeth o gymwysiadau, gan gynnwys systemau sain, offer meddygol, a dyfeisiau milwrol.
Nawr gadewch i ni archwilio sut mae transducer yn gweithio a'i wahanol ddefnyddiau.
Sut mae transducers yn gweithio
Mae transducer yn ddyfais drydanol a ddefnyddir yn gyffredin i drosi signal trydanol yn swm ffisegol fel sain, gwres, neu fudiant. Gwneir y trawsnewid hwn trwy ddefnyddio synhwyrydd i gynhyrchu signal analog neu signal digidol. Yna caiff y signal analog ei drawsnewid yn ffurf ddarllenadwy o naill ai foltedd neu gerrynt. Mae gwahanol fathau o transducers ar gael i ganfod gwahanol fathau o signalau ynni megis dirgryniadau mecanyddol a phwysau.
Mae trawsddygiaduron yn cynnwys tair elfen allweddol: ffynhonnell (mewnbwn), elfen ganolraddol (mwyhadur), a synhwyrydd (allbwn). Mae'r ffynhonnell yn defnyddio ynni ar ffurf gwasgedd, tonnau sain, cerrynt trydan ac ati, y gellir ei ganfod gan yr elfen ganolraddol a'i chwyddo yn ôl yr angen cyn ei anfon ymlaen i'w ganfod. Pan fydd yr elfen ganolradd yn derbyn yr egni mewnbwn mae hefyd yn canfod unrhyw briodweddau a bennwyd ymlaen llaw megis amlder ac osgled. Mae'r synhwyrydd yn canfod y priodweddau hyn ac yna'n eu trosi'n ôl i briodwedd ffisegol mesuradwy fel foltedd neu gerrynt yn y cam allbwn i'w ddefnyddio ymhellach.
Mewn prosesau awtomeiddio, mae modiwlau gweithredu fel robotiaid yn cael eu hintegreiddio â nhw pŵer transducers fel y gallant ganfod grymoedd allanol sy'n gweithredu ar y fraich robot a sicrhau bod ei mudiant yn parhau i fod yn ddiogel o fewn terfynau gweithredol. Defnyddir transducers pŵer hefyd mewn systemau rheoli diwydiannol lle mae angen monitro cerrynt a foltedd yn gywir ar gyfer sefydlogrwydd a manwl gywirdeb hirdymor mewn prosesau awtomataidd. Mewn systemau awtomeiddio cartref, mae cloeon drws fel arfer yn defnyddio synwyryddion er mwyn gwneud hynny trowch oleuadau ymlaen pan fydd rhywun yn agosáu at ddrws neu agorwch ffenestri pan fydd symudiadau'n cael eu synhwyro tu mewn i amgylchedd cartref.
Mathau o signalau transducer
Trosglwyddyddion yw cydrannau system a ddefnyddir i drawsnewid un ffurf o egni i ffurf arall. Maent yn mesur, synhwyro, ac yn trosglwyddo gwahanol fathau o signalau megis trydanol, mecanyddol, thermol ac optegol. Rhennir signalau transducer yn bennaf yn ddau brif gategori: analog ac digidol.
Mae trawsddygiaduron analog yn mesur gwybodaeth ffisegol amrywiol o'r amgylchedd i gynhyrchu signalau analog sy'n cynrychioli gwybodaeth o'r fath mewn fformat trydanol. Gellir trosi data fel pwysau, tymheredd, cyflymder a chyflymiad yn signalau analog gan ddefnyddio trawsddygiaduron at ddibenion mesur neu reoli. Mae enghreifftiau o drawsddygiaduron analog yn cynnwys meicroffonau sy'n trosi tonnau sain yn foltedd trydanol; cyflymromedrau piezoelectrig sy'n trosi dirgryniad mecanyddol yn gerrynt trydanol; thermocyplau sy'n canfod tymheredd; ac ati
Mae trawsddygiaduron digidol yn trosi signal o baramedrau ffisegol (fel golau neu sain) yn gynrychioliadau digidol y gellir eu cynhyrchu dim ond ar ôl i'r prosesu gael ei gwblhau ar y prosesydd signal digidol sydd ynghlwm wrth y trawsddygiadur ei hun. Yn wahanol i signalau analog, mae signalau digidol yn cynnwys lefelau arwahanol fel 0s ac 1s sy'n cyfateb i rai cyflwr rhagosodol yn hytrach na foltedd di-dor neu lefel gyfredol rhag ofn y bydd rhai analog. Defnyddir prosesu signal digidol yn helaeth mewn systemau telathrebu fel ffonau symudol, synwyryddion fel goleuadau LED, paneli solar ac ati, lle mae data digidol yn llifo ar draws rhwydweithiau ar gyflymder uwch o'i gymharu â'i ddata cyfatebol-analog. Mae hyn oherwydd bod cost ffurfio cylchedau ar gyfer trosglwyddo did sengl yn llawer llai na'r hyn sy'n gysylltiedig â ffurfio cylchedau ar gyfer anfon tonffurf sain fesul darn ar ystod amledd penodol dros bellter.
ceisiadau
Mae transducer yn cael ei ddefnyddio'n eang mewn amrywiaeth o wahanol gymwysiadau, megis dyfeisiau delweddu meddygol, synwyryddion modurol, a systemau rheoli prosesau diwydiannol. Mae'n ddyfais sy'n trosi egni o un ffurf, analog neu ddigidol, i ffurf arall. Yn ogystal, transducers yw sylfaen unrhyw system awtomeiddio fodern gan eu bod yn cael eu defnyddio ar eu cyfer trosi signal a chyflyru signal.
Gadewch i ni archwilio cymwysiadau amrywiol trawsddygiaduron:
Diwydiant Ceir
Transducers modurol yn cael eu defnyddio'n helaeth yn y diwydiant modurol ar gyfer amrywiaeth o gymwysiadau oherwydd eu perfformiad manwl gywir, maint bach, a chost effeithlonrwydd. Maent yn offer hynod bwysig a ddefnyddir yn systemau monitro a rheoli cerbydau i fesur paramedrau amrywiol megis tymheredd, gwasgedd a lleoliad.
Defnyddir trawsddygiaduron yn gyffredin mewn peiriannau modurol i fesur cyflymder, lleoliad y cydrannau megis pistons neu camsiafftau, pwysedd gwacáu neu lygryddion, tymheredd neu gyfradd llif. Gall trosddygiaduron helpu i nodi problemau nas rhagwelwyd y byddai dulliau arolygu arferol yn eu methu. Er enghraifft, gellir defnyddio trawsddygiadur cyflymder cylchdro i fesur unrhyw amrywiadau yn RPM injan a allai ddangos traul cyffredinol, hylosgi annormal neu faterion camalinio.
Yn system drydanol y cerbyd gellir eu defnyddio i ganfod signalau electronig a rhoi adborth ynghylch a yw o fewn manylebau'r gwneuthurwr a helpu i ddatrys problemau systemau trydanol yn y car. Mae cymwysiadau nodweddiadol yn cynnwys mesur lefelau cerrynt batri a foltedd (i reoli lefelau codi tâl), synhwyro lefel tanwydd (i fonitro cywirdeb lefel) yn ogystal â canfod amseriad tanio ar beiriannau diesel a gasoline (i sicrhau'r hylosgiad gorau posibl.) Maent hefyd yn cael eu defnyddio'n aml mewn systemau awyru gan gynnwys rheoli'r gyfradd cyfnewid aer rhwng cabanau awyr agored a mewnol at ddibenion rheoli cysur.
Yn ogystal, mae technoleg trawsddygiadur yn cael ei datblygu i'w defnyddio mewn systemau awtomeiddio ffatri lle mae synwyryddion yn cael eu defnyddio ar gyfer gweithfannau llinell cydosod robotig awtomataidd yn ogystal â rheoli ansawdd y rhannau a gynhyrchir gan beiriannau. Yma gall robotiaid a reolir gan gyfrifiadur gipio data o drawsddygiaduron sy'n cyflawni nid yn unig gwiriadau cynnal a chadw rheolaidd ond hefyd dasgau cymhleth fel gwneud diagnosis o broblemau aliniad neu ddiffygion cysylltiedig â chau i lawr o fewn llinellau cynhyrchu.
Diwydiannol
Cymwysiadau diwydiannol mae trawsddygiaduron i'w cael yn nodweddiadol mewn awtomeiddio ffatri, rheoli prosesau a roboteg. Synwyryddion diwydiannol cyffredin yw cyflymiad, mudiant, dirgryniad, gwasgedd/grym, tymheredd, dadleoliad/pellter/safle a chyffwrdd. Mae'r mathau hyn o gymwysiadau fel arfer yn systemau cyfathrebu unffordd lle mae'r trawsddygiadur yn trosi signalau egni corfforol i drydan fel adborth i brosesydd monitro neu fel mewnbwn i reoli cylchedwaith sy'n effeithio ar y broses gorfforol trwy actiwadyddion fel moduron neu solenoidau.
Mae'r amrywiaeth eang o fathau o synwyryddion yn caniatáu i drawsddygwyr gael eu defnyddio ar gyfer prosesau diwydiannol amrywiol megis torri a ffurfio metel, prosesau drilio a mireinio maes olew (SPM), systemau weldio a pheiriannau cydosod. Yn dibynnu ar y math o gymhwysiad y defnyddir y trawsddygiadur ar ei gyfer, efallai y bydd angen trosi'r signal allbwn trydanol o un math o egni i ffurf addas arall (tymheredd i bwysau neu ddadleoli i gyflymder).
Gall trawsddygiaduron gael eu rhyng-gysylltu hyd yn oed mewn rhwydweithiau cymhleth gyda llinellau ffibr optig yn aml yn cysylltu pwyntiau 'strategol' mewn cyfleusterau cynhyrchu awtomataidd mawr. Gellir cysylltu dyfeisiau allbwn yn yr un modd yn ôl allan o broseswyr i weithredu ar adborth gan yr amgylchedd. Mae cymwysiadau trawsddygiadur diwydiannol yn amrywio o wneud mesuriadau yn hygyrch i bobl (arddangos terfynell data) i wneud cyfrifiadau ar ddata lleoliadol mewn perthynas â rhaglenni sydd wedi'u storio ynghylch paramedrau derbyniol (servo-systemau dolen gaeedig).
Meddygol
Defnyddir trawsddygiaduron mewn technoleg feddygol ar gyfer ystod o gymwysiadau. Un cais o'r fath yw electrocardiograffeg (ECG) sy'n mesur ysgogiadau trydanol y galon dros amser ac yn ei arddangos fel graff. Yn y broses hon, mae electrodau'n cael eu gosod ar rannau o'r corff, fel yr aelodau neu'r frest ac yn eu harwain at beiriant ECG. Mae'r electrodau'n canfod gweithgaredd trydanol y galon er mwyn asesu unrhyw guriadau afreolaidd neu unrhyw gyflwr canfyddadwy arall sy'n gysylltiedig â gweithgaredd cardiaidd.
Defnyddir transducers cais meddygol arall ar gyfer yw delweddu a sganio ultrasonic. Mae hyn yn cynnwys defnyddio dyfais a elwir yn stiliwr uwchsain i allyrru tonnau sain amledd uchel mewn rhannau penodol o'r corff i greu delweddau sy'n dangos meinwe meddal ac organau fel esgyrn, cyhyrau, tendonau, gewynnau, cartilag a phibellau gwaed. Gellir defnyddio'r delweddau hyn ar gyfer gwneud diagnosis o anhwylderau yn y corff, megis gwneud diagnosis o diwmorau neu afiechydon eraill fel canser.
Ar ben hynny, defnyddir transducers yn offerynnau monitro – dyfeisiau sy’n darparu gwybodaeth amser real am gyflwr y claf o un adeg i’r llall dros gyfnod o amser – gan gynnwys:
- Ocsimedrau curiad y galon sy'n mesur lefelau dirlawnder ocsigen yn y gwaed.
- monitorau EKG sy'n mesur cyfradd curiad y galon coronaidd neu annormaleddau rhythm.
- Monitors ar gyfer tymheredd, cyfradd resbiradaeth ac arwyddion hanfodol eraill fel pwysedd gwaed a lefelau glwcos.
Consumer Electronics
Mae electroneg defnyddwyr ymhlith y ceisiadau mwyaf cyffredin o transducers. Mae hyn oherwydd bod trawsddygiaduron yn gallu trosi ynni trydanol yn sain, y gellir ei ddefnyddio wedyn gan siaradwyr mewn gwahanol fathau o ddyfeisiau sain. Yn ogystal, defnyddir transducers ar gyfer trosi ynni o un ffurf i ffurf arall er mwyn gwella'r gymhareb signal-i-sŵn mewn setiau teledu a radio. Maent hefyd yn chwarae rhan mewn trosi signalau electronig yn donnau acwstig fel y gellir eu chwyddo.
Mae enghreifftiau eraill yn cynnwys eu defnydd mewn ffonau a chlustffonau, lle maent yn helpu i chwyddo sain a hefyd lleihau sŵn cefndir. Defnyddir trawsddygiaduron hefyd mewn offer recordio fideo, megis camerâu fideo a chamerâu digidol, i drosi signalau optegol yn rhai trydanol fel y gellir wedyn eu storio'n ddigidol neu eu trin â chyfrifiadur. Yn olaf, mae offer meddygol yn aml yn defnyddio technoleg transducer ar gyfer delweddu uwchsain a dibenion eraill.
Manteision ac Anfanteision
Mae transducer yn ddyfais sy'n gallu trosi un math o egni i ffurf arall ar egni. Fe'i defnyddir mewn amrywiaeth eang o gymwysiadau fel mesur grym, tymheredd, safle, cyflymder, a newidynnau ffisegol eraill.
Yn yr erthygl hon, byddwn yn trafod manteision ac anfanteision defnyddio transducers. Trwy ddeall manteision ac anfanteision trawsddygiadur, gallwch wneud penderfyniad gwybodus am ei ddefnydd mewn amrywiaeth o gymwysiadau.
manteision
Mae transducer yn ddyfais sy'n trosi egni o un ffurf i ffurf arall, yn aml gyda'r nod o fesur maint ffisegol. Mae yna lawer o wahanol fathau o drosglwyddyddion, pob un yn addas at ddiben penodol. Mae transducers yn cynnig nifer o fanteision o ran hwylustod a chywirdeb, ac maent wedi dod yn gydrannau anhepgor mewn technoleg fodern.
Mae manteision transducers yn cynnwys:
- cadernid: Mae transducers yn gymharol ansensitif i amodau amgylcheddol a gellir eu defnyddio mewn tymereddau eithafol ac amodau peryglus eraill. Fel arfer, nid oes angen llawer o waith cynnal a chadw arnynt dros eu hoes.
- Cyflymder Uchel: Gall llawer o synwyryddion ddarparu darlleniadau o fewn milieiliadau, gan ganiatáu ar gyfer amseroedd ymateb cyflym a rheoli adborth os oes angen.
- Hyblygrwydd: Mae ystod eang o gymwysiadau yn bosibl oherwydd galluoedd synhwyro niferus trawsddygiaduron, o fesuriadau rheoli prosesau i ddiagnosteg feddygol.
- Precision: Mae'r signal allbwn o drawsddygiadur fel arfer yn fanwl iawn o'i gymharu â mesuriadau a wneir â llaw neu ddulliau eraill llai dibynadwy. Gall gwallau mesur fod yn llawer is na'r rhai o ddulliau llaw.
- Cost effeithiolrwydd: Mae costau trawsnewidyddion wedi gostwng yn ddramatig dros y blynyddoedd diwethaf oherwydd datblygiadau mewn technoleg, sydd bellach yn eu gwneud yn hygyrch ar gyfer y rhan fwyaf o gymwysiadau.
Anfanteision
Trosglwyddyddion yn meddu ar fanteision ac anfanteision. Er eu bod yn ffordd gyfleus, effeithlon a chost-effeithiol o drosi ynni o un ffurf i'r llall, mae ganddynt gyfyngiadau.
Yr anfantais fwyaf nodedig o transducers yw eu bod yn agored i ymyrraeth sŵn. Mae hyn yn arbennig o wir wrth fesur darlleniadau amledd isel. Gall signalau trydanol eraill effeithio'n andwyol ar drosglwyddyddion sy'n arwain at ddarlleniadau anghywir a chanlyniadau anghywir.
Anfantais arall o transducers yw eu cymharol amser ymateb araf o'i gymharu â mathau eraill o drawsnewid ynni megis dyfeisiau mecanyddol neu algorithmau. Mewn rhai cymwysiadau, er enghraifft lle mae angen penderfyniadau cyflym neu pan fo angen lefelau uchel o drachywiredd, gall dulliau traddodiadol fod yn fwy addas na systemau trawsddygiadur.
Mae angen transducers hefyd sgiliau arbenigol i'w gosod a'u gweithredu'n gywir, sy'n eu gwneud yn anaddas ar gyfer llawer o gymwysiadau lle mae personél di-grefft ar gael neu lle mae angen yr amgylchedd defnydd cyflym a gweithrediad hawdd ar gyfer perfformiad gorau posibl.
Casgliad
I gloi, trawsddygwyr yn elfen hanfodol o lawer o ddiwydiannau a dyfeisiau ffordd o fyw. Gallant droi ynni trydanol yn ynni mecanyddol ac i'r gwrthwyneb, gan ganiatáu i fesuriadau pwysig gael eu cymryd nad oedd yn bosibl o'r blaen. Mae trawsddygiaduron yn cwmpasu ystod eang o feysydd cymhwyso a gellir eu defnyddio mewn cyfuniad â'i gilydd i gynhyrchu mesuriadau mwy cywir.
Mae'r gwahanol fathau yn amrywio o ran dyluniad a defnydd; Trawsddygiaduron uwchsonig yn arbennig o ddefnyddiol ar gyfer profion annistrywiol oherwydd eu gallu i fesur trwch deunydd heb ymyrryd â'r gwrthrych mewn unrhyw ffordd. Trawsddygiaduron piezoelectrig trosi straen mecanyddol yn botensial trydanol sy'n eu gwneud yn addas ar gyfer delweddu meddygol gan eu bod yn darparu delweddau clir o organau mewnol. Yn olaf, transducers gwrthsefyll yn ardderchog ar gyfer mesur newidiadau tymheredd sy'n eu gwneud yn addas ar gyfer defnyddiau modurol megis monitro tymheredd injan.
Ar y cyfan, mae trawsddygiaduron yn cyflawni llawer o ddibenion yn fawr a bach ac mae'n bwysig i ddefnyddwyr ddeall sut mae'r dyfeisiau hyn yn gweithio fel eu bod yn gallu dewis y math cywir ar gyfer eu hanghenion. Wrth i dechnoleg ddatblygu, bydd mwy o gyfleoedd i bobl ddefnyddio synwyryddion uwch sy'n dibynnu ar dechnoleg trawsddygiadurol felly mae'n bwysig parhau i gael eu haddysgu ar y mater hwn!
Joost Nusselder ydw i, sylfaenydd Neaera a marchnatwr cynnwys, dad, ac rydw i wrth fy modd yn rhoi cynnig ar offer newydd gyda gitâr wrth wraidd fy angerdd, ac ynghyd â fy nhîm, rydw i wedi bod yn creu erthyglau blog manwl ers 2020 i helpu darllenwyr ffyddlon gyda recordio ac awgrymiadau gitâr.
