Transducteurs sont des appareils électroniques qui sont utilisés pour convertir l'énergie d'une forme à une autre. Ils sont utilisés dans une variété d'applications, de de l'automatisation industrielle à l'imagerie médicale.
Dans cet article, nous donnerons un aperçu de ce que sont les transducteurs et comment ils sont utilisés. Nous couvrirons les différents types de transducteurs, leurs applications et leur utilisation :
Définition du transducteur
Un transducteur est un appareil qui convertit l'énergie d'une forme à une autre. La majorité des transducteurs convertissent énergie acoustique ou mécanique (c'est-à-dire les ondes sonores ou les vibrations) en signaux électriques ou vice versa, bien qu'il existe également ceux qui peuvent convertir l'énergie de la lumière, de la température, de la pression, du champ magnétique et des variables de position en valeurs électriques mesurables.
Voici des exemples de transducteurs couramment utilisés :
- Microphones qui convertissent l'énergie acoustique en signaux électriques ;
- haut-parleurs qui convertissent les signaux électriques en ondes acoustiques ;
- thermistances qui convertissent les fluctuations de température en tensions mesurables ;
- cristaux piézoélectriques qui peut générer des signaux électriques en réponse à une déformation mécanique ;
- jauge de déformation pour détecter de petites variations de déplacement physique telles que la force ou le couple.
Les transducteurs sont largement utilisés dans les applications quotidiennes telles que téléphones, imagerie médicale et systèmes de diagnostic de machines ainsi que des systèmes de surveillance spécialisés comme sismographes et réseaux de transmission de signaux par fibre optique. Les transducteurs permettent la capture de changements subtils dans le comportement physique d'un système par l'utilisation de techniques de mesure quantitative telles que mesure du débit et surveillance des vitesses/températures de fonctionnement et ainsi de suite
Types de transducteurs
Transducteurs sont des dispositifs qui convertissent l'énergie d'une forme à une autre. Dans le contexte des systèmes acoustiques, les transducteurs sont couramment utilisés pour convertir l'énergie physique en signaux électriques, ou l'inverse - l'électricité en ondes sonores. Bien qu'il existe de nombreux types de transducteurs disponibles sur le marché aujourd'hui, ils fonctionnent tous selon quelques principes simples.
Le type de transducteur le plus basique est un piézoélectrique transducteur, également appelé microphone de contact ou piezo pour faire court. Les transducteurs piézo convertissent les vibrations mécaniques en signaux électriques en utilisant le effet piézoélectrique; une charge électrique est générée par compression ou vibration lorsque certains matériaux diélectriques (comme le quartz) sont soumis à des contraintes mécaniques. Cette charge électrique peut ensuite être amplifiée et convertie en un son audible via des haut-parleurs ou des écouteurs.
Un autre type de transducteur populaire est le transducteur à bobine électromagnétique - parfois appelé simplement un micro. Ceux-ci consistent en un électroaimant enveloppé d'une bobine de fil; Lorsqu'elle est exposée à des ondes sonores, cette bobine crée son propre courant électrique, qui peut ensuite être amplifié et transmis via des haut-parleurs ou des écouteurs. Comme ils ont tendance à répondre avec plus de précision sur les plages de fréquences que les appareils piézoélectriques, les micros sont couramment utilisés dans les studios d'enregistrement et les performances en direct.
Enfin, il y a transducteurs de convertisseur numérique (DAC); ceux-ci fonctionnent en traitant des informations numériques et en les convertissant en signaux analogiques (ou vice versa). Ces appareils sont essentiels pour transmettre des signaux audio sur des réseaux numériques tels que les connexions Bluetooth ; dans ce cas, un DAC serait utilisé pour filtrer les parties du signal susceptibles d'interférer avec la lecture audio de qualité avant la transmission via des connexions sans fil.
Principe de fonctionnement
Un transducteur est un dispositif utilisé pour convertir l'énergie d'une forme à une autre. Il fonctionne en prenant de l'énergie d'entrée, telle que électricité ou lumière, et le convertir en mouvement mécanique ou son.
L'application la plus courante des transducteurs est la conversion de signaux électriques en ondes sonores. Ce type de transducteur est utilisé dans une variété d'applications, y compris systèmes audio, instruments médicaux et appareils militaires.
Explorons maintenant comment fonctionne un transducteur et ses diverses utilisations.
Comment fonctionnent les transducteurs
Un transducteur est un appareil électrique couramment utilisé pour convertir un signal électrique en une quantité physique telle que le son, la chaleur ou le mouvement. Cette conversion est effectuée en utilisant un capteur pour produire un signal analogique ou un signal numérique. Le signal analogique est ensuite converti en une forme lisible de tension ou de courant. Différents types de transducteurs sont disponibles pour détecter différents types de signaux d'énergie tels que vibrations mécaniques et pression.
Les transducteurs contiennent trois éléments clés : une source (entrée), un élément intermédiaire (amplificateur) et un détecteur (sortie). La source applique de l'énergie sous forme de pression, d'ondes sonores, de courant électrique, etc., qui peut être détectée par l'élément intermédiaire et amplifiée si nécessaire avant d'être envoyée pour être détectée. Lorsque l'élément intermédiaire reçoit l'énergie d'entrée, il détecte également toutes les propriétés prédéterminées telles que fréquence et amplitude. Le détecteur détecte ces propriétés, puis les reconvertit en une propriété physique mesurable telle qu'une tension ou un courant à l'étage de sortie pour une utilisation ultérieure.
Dans les processus d'automatisation, les modules d'exploitation tels que les robots sont intégrés à power transducteurs afin qu'ils puissent détecter les forces externes qui agissent sur le bras du robot et s'assurer que son mouvement reste sûr dans les limites opérationnelles. Les transducteurs de puissance sont également utilisés dans les systèmes de contrôle industriels où les courants et les tensions doivent être surveillés avec précision pour une stabilité et une précision à long terme dans les processus automatisés. Dans les systèmes domotiques, les serrures de porte utilisent généralement des capteurs afin de allumer les lumières lorsque quelqu'un s'approche d'une porte ou ouvrir les fenêtres lorsque des mouvements sont détectés à l'intérieur d'un environnement domestique.
Types de signaux de transducteur
Transducteurs sont les composants d'un système utilisé pour convertir une forme d'énergie en une autre. Ils mesurent, détectent et transmettent différents types de signaux tels que électriques, mécaniques, thermiques et optiques. Les signaux des transducteurs sont principalement divisés en deux grandes catégories : analogique ainsi que numérique.
Les transducteurs analogiques mesurent diverses informations physiques de l'environnement pour générer des signaux analogiques qui représentent ces informations dans un format électrique. Des données telles que la pression, la température, la vitesse et l'accélération peuvent être converties en signaux analogiques à l'aide de transducteurs à des fins de mesure ou de contrôle. Des exemples de transducteurs analogiques comprennent microphones qui convertissent les ondes sonores en tension électrique; accéléromètres piézoélectriques qui convertissent les vibrations mécaniques en courant électrique; thermocouples qui détectent les températures; etc.
Les transducteurs numériques convertissent un signal à partir de paramètres physiques (tels que la lumière ou le son) en représentations numériques qui ne peuvent être générées qu'une fois le traitement terminé sur le processeur de signal numérique attaché au transducteur lui-même. Contrairement aux signaux analogiques, les signaux numériques sont constitués de niveaux discrets tels que des 0 et des 1 correspondant à un état prédéfini plutôt qu'à un niveau de tension ou de courant continu dans le cas des signaux analogiques. Le traitement numérique du signal est largement utilisé dans les systèmes de télécommunication tels que téléphones portables, capteurs comme les lumières LED, des panneaux solaires etc., où les données numériques circulent sur les réseaux à des vitesses plus élevées par rapport à leurs homologues analogiques. C'est parce que le coût de formation de circuits pour la transmission à un seul bit est bien inférieur à celui associé à la formation de circuits pour envoyer une forme d'onde audio pièce par pièce à une plage de fréquences particulière sur une distance.
Applications
Un transducteur est largement utilisé dans une variété d'applications différentes, telles que dispositifs d'imagerie médicale, capteurs automobiles et systèmes de contrôle de processus industriels. C'est un appareil qui convertit l'énergie d'une forme, analogique ou numérique, en une autre forme. De plus, les transducteurs sont la base de tout système d'automatisation moderne puisqu'ils sont utilisés pour conversion de signal et conditionnement de signal.
Explorons les différentes applications des transducteurs :
Automobile
Transducteurs automobiles sont largement utilisés dans l'industrie automobile pour une variété d'applications en raison de leurs performances précises, de leur petite taille et de leur rentabilité. Ce sont des outils extrêmement importants utilisés dans les systèmes de surveillance et de contrôle des véhicules pour mesurer divers paramètres tels que température, pression et position.
Les transducteurs sont couramment utilisés dans les moteurs automobiles pour mesurer vitesse, position des composants comme les pistons ou les arbres à cames, pression d'échappement ou polluants, température ou débit. Les transducteurs peuvent aider à identifier les problèmes imprévus que les méthodes d'inspection ordinaires passeraient à côté. Par exemple, un capteur de vitesse de rotation peut être utilisé pour mesurer toute fluctuation du régime moteur qui pourrait indiquer une usure générale, une combustion anormale ou des problèmes de désalignement.
Dans le système électrique du véhicule, ils peuvent être utilisés pour détecter les signaux électroniques et fournir des informations indiquant s'ils sont conformes aux spécifications du fabricant et aider au dépannage des systèmes électriques de la voiture. Les applications typiques incluent la mesure niveaux de courant et de tension de la batterie (pour gérer les niveaux de charge), détection du niveau de carburant (pour surveiller la précision du niveau) ainsi que détection du calage de l'allumage sur les moteurs diesel et à essence (pour assurer une combustion optimale). Ils sont également fréquemment utilisés dans les systèmes de ventilation, y compris le contrôle du taux d'échange d'air entre l'air extérieur et les cabines intérieures à des fins de contrôle du confort.
De plus, la technologie des transducteurs est en cours de développement pour être utilisée dans les systèmes d'automatisation des usines où des capteurs sont déployés pour les postes de travail automatisés de la chaîne de montage robotique ainsi que pour le contrôle qualité des pièces produites par les machines. Ici, les données des transducteurs peuvent être capturées par des robots contrôlés par ordinateur effectuant non seulement des contrôles de maintenance réguliers, mais également des tâches complexes telles que diagnostiquer les problèmes d'alignement ou les défauts liés à l'arrêt au sein des lignes de production.
Industrie
Applications industrielles des transducteurs se trouvent généralement dans l'automatisation industrielle, le contrôle de processus et la robotique. Les capteurs industriels courants sont accélération, mouvement, vibration, pression/force, température, déplacement/distance/position et toucher. Ces types d'applications sont généralement des systèmes de communication unidirectionnels dans lesquels le transducteur convertit les signaux d'énergie physique en énergie électrique en retour vers un processeur de surveillance ou en tant qu'entrée pour contrôler les circuits qui affectent le processus physique via des actionneurs tels que des moteurs ou des solénoïdes.
La grande variété de types de capteurs permet aux transducteurs d'être utilisés pour divers processus industriels tels que la découpe et le formage des métaux, les processus de forage et de raffinage des champs pétrolifères (SPM), les systèmes de soudage et les machines d'assemblage. Selon le type d'application pour laquelle le transducteur est utilisé, il peut être nécessaire de convertir le signal de sortie électrique d'une forme d'énergie en une autre forme appropriée (température en pression ou déplacement en vitesse).
Les transducteurs peuvent même être interconnectés dans des réseaux complexes avec des lignes de fibre optique reliant souvent des points « stratégiques » dans de grandes installations de production automatisées. Les périphériques de sortie peuvent être reconnectés de la même manière à partir des processeurs pour agir sur les retours de l'environnement. Les applications de transducteurs industriels vont de rendre les mesures accessibles aux humains (affichage du terminal de données) pour effectuer des calculs sur des données de position relatives à des programmes stockés concernant des paramètres acceptables (systèmes d'asservissement en boucle fermée).
Droit médical
Les transducteurs sont utilisés dans la technologie médicale pour une gamme d'applications. Une telle application est électrocardiographie (ECG) qui mesure les impulsions électriques du cœur au fil du temps et les affiche sous forme de graphique. Dans ce processus, des électrodes sont placées sur des zones du corps, telles que les membres ou la poitrine, et les conduisent à un appareil ECG. Les électrodes détectent l'activité électrique du cœur afin d'évaluer tout battement irrégulier ou toute autre condition détectable associée à l'activité cardiaque.
Une autre application médicale pour laquelle les transducteurs sont utilisés est imagerie et numérisation par ultrasons. Cela implique l'utilisation d'un appareil connu sous le nom de sonde à ultrasons pour émettre des ondes sonores à haute fréquence à certaines parties du corps afin de créer des images qui montrent les tissus mous et les organes comme les os, les muscles, les tendons, les ligaments, le cartilage et les vaisseaux sanguins. Ces images peuvent être utilisées pour diagnostiquer des affections dans le corps, telles que le diagnostic de tumeurs ou d'autres maladies comme le cancer.
De plus, des transducteurs sont utilisés dans instruments de surveillance – des dispositifs qui fournissent des informations en temps réel sur l'état du patient d'un moment à un autre sur une période de temps – y compris :
- Oxymètres de pouls qui mesurent les niveaux de saturation en oxygène dans le sang.
- Moniteurs ECG qui mesurent la fréquence cardiaque coronarienne ou les anomalies du rythme.
- Moniteurs pour température, fréquence respiratoire et d'autres signes vitaux comme tension artérielle et taux de glucose.
Electronique
L'électronique grand public fait partie des applications les plus courantes des transducteurs. En effet, les transducteurs sont capables de convertir l'énergie électrique en son, qui peut ensuite être utilisé par les haut-parleurs de différents types d'appareils audio. De plus, les transducteurs sont utilisés pour convertir l'énergie d'une forme à une autre afin d'améliorer le rapport signal sur bruit dans les postes de télévision et de radio. Ils participent également à la conversion des signaux électroniques en ondes acoustiques afin de pouvoir les amplifier.
D'autres exemples incluent leur utilisation dans les téléphones et les casques, où ils aident à amplifier le son et aussi réduire le bruit de fond. Les transducteurs sont également utilisés dans les équipements d'enregistrement vidéo, tels que les caméscopes et les appareils photo numériques, pour convertir les signaux optiques en signaux électriques afin qu'ils puissent ensuite être stockés numériquement ou manipulés avec un ordinateur. Enfin, les équipements médicaux utilisent souvent la technologie des transducteurs pour échographie et à d'autres fins.
Avantages et désavantages
Un transducteur est un appareil qui peut convertir une forme d'énergie en une autre forme d'énergie. Il est utilisé dans une grande variété d'applications telles que la mesure force, température, position, vitesse et autres variables physiques.
Dans cet article, nous discuterons des avantages et des inconvénients de l'utilisation de transducteurs. En comprenant les avantages et les inconvénients d'un transducteur, vous pouvez prendre une décision éclairée quant à son utilisation dans diverses applications.
Avantages
Un transducteur est un appareil qui convertit l'énergie d'une forme à une autre, souvent dans le but de mesurer une quantité physique. Il existe de nombreux types de transducteurs, chacun adapté à un usage particulier. Les transducteurs offrent de nombreux avantages en termes de commodité et de précision et sont devenus des composants indispensables de la technologie moderne.
Les avantages des transducteurs incluent :
- La solidité des mécanismes :: Les transducteurs sont relativement insensibles aux conditions environnementales et peuvent être utilisés à des températures extrêmes et autres conditions dangereuses. Ils nécessitent généralement peu d'entretien tout au long de leur durée de vie.
- Haute vitesse: De nombreux capteurs peuvent fournir des lectures en quelques millisecondes, permettant des temps de réponse rapides et un contrôle de rétroaction si nécessaire.
- Versatilité: Une large gamme d'applications est possible grâce aux nombreuses capacités de détection des transducteurs, des mesures de contrôle de processus aux diagnostics médicaux.
- La précision: Le signal de sortie d'un transducteur est généralement très précis par rapport aux mesures effectuées à la main ou par d'autres moyens moins fiables. Les erreurs de mesure peuvent être beaucoup plus faibles que celles des méthodes manuelles.
- Rentabilité: Les coûts des transducteurs ont chuté de façon spectaculaire au cours des dernières années en raison des progrès technologiques, qui les rendent désormais accessibles à la plupart des applications.
Inconvénients
Transducteurs présentent à la fois des avantages et des inconvénients. Bien qu'ils constituent un moyen pratique, efficace et rentable de convertir l'énergie d'une forme à une autre, ils ont des limites.
L'inconvénient le plus notable des transducteurs est leur susceptibilité à interférence sonore. Cela est particulièrement vrai lors de la mesure de lectures à basse fréquence. Les transducteurs peuvent être affectés par d'autres signaux électriques qui entraînent des lectures inexactes et des résultats inexacts.
Un autre inconvénient des transducteurs est leur relative temps de réponse lent par rapport à d'autres formes de conversion d'énergie telles que des dispositifs mécaniques ou des algorithmes. Dans certaines applications, par exemple lorsque des décisions rapides sont nécessaires ou lorsque des niveaux élevés de précision sont nécessaires, les méthodes traditionnelles peuvent être plus appropriées que les systèmes de transducteurs.
Les transducteurs nécessitent également compétences spécialisées de les installer et de les utiliser correctement, ce qui les rend inadaptés à de nombreuses applications où du personnel non qualifié est disponible ou l'environnement l'exige déploiement rapide et opération facile pour une performance optimale.
Conclusion
En conclusion, transducteurs sont un élément essentiel de nombreuses industries et appareils de style de vie. Ils peuvent transformer l'énergie électrique en énergie mécanique et vice versa, permettant d'effectuer des mesures importantes qui n'étaient pas possibles auparavant. Les transducteurs couvrent un large éventail de domaines d'application et peuvent être utilisés en combinaison les uns avec les autres pour produire des mesures plus précises.
Les différents types varient dans la conception et l'utilisation; Transducteurs ultrasoniques sont particulièrement utiles pour contrôle non destructif en raison de leur capacité à mesurer l'épaisseur du matériau sans interférer avec l'objet de quelque manière que ce soit. Transducteurs piézoélectriques convertissent les contraintes mécaniques en potentiels électriques qui les rendent adaptés à l'imagerie médicale car ils fournissent des images claires des organes internes. Dernièrement, transducteurs résistifs sont excellents pour mesurer les changements de température, ce qui les rend adaptés aux utilisations automobiles telles que la surveillance des températures du moteur.
Dans l'ensemble, les transducteurs servent à de nombreuses fins, grandes et petites, et il est important que les utilisateurs comprennent comment ces appareils fonctionnent afin de pouvoir choisir le bon type pour leurs besoins. Au fur et à mesure que la technologie progresse, il y aura plus d'opportunités pour les gens d'utiliser des capteurs améliorés qui s'appuient sur la technologie des transducteurs, il est donc important de rester informé à ce sujet !
Je suis Joost Nusselder, le fondateur de Neaera et un spécialiste du marketing de contenu, papa, et j'adore essayer de nouveaux équipements avec la guitare au cœur de ma passion, et avec mon équipe, je crée des articles de blog approfondis depuis 2020 pour aider les lecteurs fidèles avec des conseils d'enregistrement et de guitare.
