Prijenosnici su elektronički uređaji koji se koriste za pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi. Koriste se u raznim primjenama, od industrijske automatizacije do medicinskog snimanja.
U ovom članku dat ćemo pregled što su sonde i kako se koriste. Pokrit ćemo različite vrste pretvarača, njihove primjene i kako se koriste:
Definicija pretvarača
Pretvornik je uređaj koji pretvara energiju iz jednog oblika u drugi. Većina pretvarača pretvara akustične ili mehaničke energije (tj. zvučni valovi ili vibracije) u električne signale ili obrnuto, iako postoje i oni koji mogu pretvoriti energiju iz svjetlosti, temperature, tlaka, magnetskog polja i varijabli položaja u mjerljive električne vrijednosti.
Primjeri često korištenih sondi uključuju:
- mikrofoni koji pretvaraju zvučnu energiju u električne signale;
- zvučnici koji pretvaraju električne signale u akustične valove;
- Termistori koji pretvaraju temperaturne fluktuacije u mjerljive napone;
- piezoelektrični kristali koji mogu generirati električne signale kao odgovor na mehaničku deformaciju;
- mjerači zatezanja za otkrivanje malih varijacija u fizičkom pomaku kao što su sila ili moment.
Pretvornici se široko koriste u svakodnevnim primjenama kao što su telefoni, medicinski slikovni i dijagnostički sustavi strojeva kao i specijalizirani nadzorni sustavi poput seizmografa i mreža za prijenos signala putem optičkih vlakana. Pretvornici omogućuju hvatanje suptilnih promjena u fizičkom ponašanju sustava upotrebom kvantitativnih mjernih tehnika kao što su mjerenje protoka i praćenje radnih brzina/temperatura i tako dalje
Vrste pretvarača
Prijenosnici su uređaji koji pretvaraju energiju iz jednog oblika u drugi. U kontekstu akustičkih sustava, pretvornici se obično koriste za pretvaranje fizičke energije u električne signale ili obrnuto – električne energije u zvučne valove. Iako su danas na tržištu dostupne mnoge vrste sondi, sve one rade prema nekoliko jednostavnih principa.
Najosnovniji tip pretvarača je a piezoelektrični transduktor, također poznat kao kontaktni mikrofon ili piezo za kratko. Piezo sonde pretvaraju mehaničke vibracije u električne signale pomoću piezoelektrični učinak; električni naboj se stvara kompresijom ili vibracijom kada su određeni dielektrični materijali (kao što je kvarc) izloženi mehaničkom naprezanju. Taj se električni naboj zatim može pojačati i pretvoriti u zvučni zvuk putem zvučnika ili slušalica.
Druga popularna vrsta sonde je pretvarač elektromagnetske zavojnice – ponekad se jednostavno naziva a mic. Oni se sastoje od elektromagneta omotanog zavojnicom žice; kada je izložena zvučnim valovima, ova zavojnica će stvoriti vlastitu električnu struju, koja se zatim može pojačati i prenijeti preko zvučnika ili slušalica. Budući da obično reagiraju s većom preciznošću u rasponima frekvencija od piezo uređaja, mikrofoni se obično koriste u studijima za snimanje i nastupima uživo.
Konačno, postoje pretvarači kutije za digitalni pretvarač (DAC).; oni rade tako što obrađuju digitalne informacije i pretvaraju ih u analogne signale (ili obrnuto). Ovi su uređaji ključni za prijenos audio signala preko digitalnih mreža kao što su Bluetooth veze; u ovom slučaju, DAC bi se koristio za filtriranje dijelova signala koji mogu ometati reprodukciju kvalitetnog zvuka prije prijenosa bežičnim vezama.
Princip rada
Pretvornik je uređaj koji se koristi za pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi. Djeluje uzimajući ulaznu energiju, kao što je struja ili svjetlo, i pretvarajući ga u mehaničko kretanje ili zvuk.
Najčešća primjena pretvornika je pretvorba električnih signala u zvučne valove. Ova vrsta pretvarača koristi se u raznim primjenama, uključujući audio sustavi, medicinski instrumenti i vojni uređaji.
Sada istražimo kako pretvarač radi i njegove različite upotrebe.
Kako rade pretvarači
Pretvornik je električni uređaj koji se obično koristi za pretvaranje električnog signala u fizičku veličinu kao što je zvuk, toplina ili gibanje. Ova pretvorba se vrši korištenjem senzora za proizvodnju analognog ili digitalnog signala. Analogni signal se zatim pretvara u čitljiv oblik napona ili struje. Dostupne su različite vrste pretvarača za otkrivanje različitih vrsta energetskih signala kao što su mehaničke vibracije i pritisak.
Transduktori sadrže tri ključna elementa: izvor (ulaz), srednji element (pojačalo) i detektor (izlaz). Izvor primjenjuje energiju u obliku tlaka, zvučnih valova, električne struje itd., koju međuelement može detektirati i po potrebi pojačati prije nego što se pošalje na detekciju. Kada posredni element primi ulaznu energiju, on također detektira sva unaprijed određena svojstva kao što su frekvencija i amplituda. Detektor detektira ta svojstva i zatim ih pretvara natrag u mjerljiva fizička svojstva kao što su napon ili struja na izlaznom stupnju za daljnju upotrebu.
U procesima automatizacije integrirani su operativni moduli poput robota snaga sonde kako bi mogli otkriti vanjske sile koje djeluju na robotsku ruku i osigurati da njezino kretanje ostane sigurno unutar radnih granica. Pretvornici snage također se koriste u industrijskim sustavima upravljanja gdje potrebno je točno pratiti struje i napone za dugoročnu stabilnost i preciznost u automatiziranim procesima. U sustavima kućne automatizacije, brave na vratima obično koriste senzore kako bi upaliti svjetla kad se netko približi vratima ili otvoriti prozore kad se osjete pokreti unutar kućnog okruženja.
Vrste pretvarača signala
Prijenosnici su komponente sustava koji se koriste za pretvaranje jednog oblika energije u drugi. Oni mjere, osjećaju i prenose različite vrste signala kao što su električni, mehanički, toplinski i optički. Signali pretvarača uglavnom se dijele u dvije glavne kategorije: analog i digitalni.
Analogni pretvornici mjere različite fizičke informacije iz okoline kako bi generirali analogne signale koji predstavljaju takve informacije u električnom obliku. Podaci poput tlaka, temperature, brzine i ubrzanja mogu se pretvoriti u analogne signale pomoću sondi za mjerenje ili kontrolu. Primjeri analognih pretvornika uključuju mikrofoni koji zvučne valove pretvaraju u električni napon; piezoelektrični akcelerometri koji mehaničke vibracije pretvaraju u električnu struju; termoparovi koji detektiraju temperaturu; itd
Digitalni pretvornici pretvaraju signal iz fizičkih parametara (kao što je svjetlo ili zvuk) u digitalne prikaze koji se mogu generirati tek nakon dovršetka obrade na digitalnom signalnom procesoru spojenom na sam pretvornik. Za razliku od analognih signala, digitalni signali se sastoje od diskretnih razina kao što su 0s i 1s koje odgovaraju nekom unaprijed definiranom stanju, a ne od kontinuirane razine napona ili struje u slučaju analognih. Digitalna obrada signala se intenzivno koristi u telekomunikacijskim sustavima kao što su mobilnih telefona, senzori poput LED svjetala, solarni paneli itd., gdje digitalni podaci teku kroz mreže većim brzinama u usporedbi s analognim podacima. To je zato što je trošak formiranja sklopova za jednobitni prijenos puno manji od troška povezanog s formiranjem sklopova za slanje audio valnog oblika dio po dio u određenom frekvencijskom rasponu na daljinu.
Aplikacije
Pretvornik naširoko se koristi u nizu različitih aplikacija, kao što je medicinski uređaji za snimanje, automobilski senzori i sustavi upravljanja industrijskim procesima. To je uređaj koji pretvara energiju iz jednog oblika, analognog ili digitalnog, u drugi oblik. Osim toga, pretvarači su temelj svakog modernog sustava automatizacije jer se koriste za pretvorba signala i kondicioniranje signala.
Istražimo različite primjene sondi:
Autokuće
Automobilski pretvornici intenzivno se koriste u automobilskoj industriji za razne primjene zbog svoje precizne izvedbe, male veličine i isplativosti. Oni su iznimno važni alati koji se koriste u sustavima nadzora i upravljanja vozilima za mjerenje različitih parametara kao što su temperatura, pritisak i položaj.
Transduktori se obično koriste u automobilskim motorima za mjerenje brzina, položaj komponenti kao što su klipovi ili bregaste osovine, ispušni tlak ili zagađivači, temperatura ili brzina protoka. Pretvornici mogu pomoći u prepoznavanju nepredviđenih problema koje bi obične metode pregleda propustile. Na primjer, pretvarač brzine vrtnje može se koristiti za mjerenje bilo kakvih fluktuacija u broju okretaja u minuti motora koje bi mogle ukazivati na opću istrošenost, abnormalno izgaranje ili probleme s neusklađenošću.
U električnom sustavu vozila mogu se koristiti za otkrivanje elektroničkih signala i pružanje povratnih informacija o tome jesu li unutar specifikacija proizvođača te pomažu u rješavanju problema električnih sustava unutar automobila. Tipične primjene uključuju mjerenje razine struje i napona baterije (za upravljanje razinama punjenja), senzor razine goriva (za praćenje točnosti razine) kao i otkrivanje vremena paljenja i na dizelskim i na benzinskim motorima (kako bi se osiguralo optimalno izgaranje). Također se često koriste u ventilacijskim sustavima uključujući kontrolu brzine izmjene zraka između vanjskog zraka i unutarnjih kabina u svrhu kontrole udobnosti.
Osim toga, razvija se tehnologija pretvornika za korištenje u sustavima automatizacije tvornica gdje se senzori postavljaju za automatizirane radne stanice robotskih montažnih traka, kao i za kontrolu kvalitete dijelova koje proizvode strojevi. Ovdje podatke iz sondi mogu uhvatiti kompjuterski upravljani roboti koji obavljaju ne samo redovite zakazane provjere održavanja, već i složene zadatke kao što su dijagnosticiranje problema s poravnanjem ili grešaka povezanih s isključivanjem unutar proizvodnih linija.
industrijski
Industrijske aplikacije pretvornika obično se nalazi u tvorničkoj automatizaciji, kontroli procesa i robotici. Uobičajeni industrijski senzori su ubrzanje, gibanje, vibracije, tlak/sila, temperatura, pomak/udaljenost/položaj i dodir. Ove vrste aplikacija obično su jednosmjerni komunikacijski sustavi u kojima pretvarač pretvara fizičke u električne signale energije kao povratnu informaciju procesoru za praćenje ili kao ulaz u upravljački sklop koji utječe na fizički proces putem pokretača kao što su motori ili solenoidi.
Veliki izbor tipova senzora omogućuje korištenje sondi za različite industrijske procese kao što su rezanje i oblikovanje metala, procesi bušenja i rafiniranja naftnih polja (SPM), sustavi zavarivanja i strojevi za montažu. Ovisno o vrsti primjene za koju se pretvarač koristi, može biti potrebno pretvoriti električni izlazni signal iz jednog oblika energije u drugi prikladan oblik (temperaturu u tlak ili pomak u brzinu).
Pretvarači se čak mogu međusobno povezati u složene mreže s optičkim linijama koje često povezuju 'strateške' točke u velikim automatiziranim proizvodnim pogonima. Izlazni uređaji mogu se na sličan način spojiti natrag iz procesora kako bi poduzeli akciju prema povratnim informacijama iz okoline. Primjene industrijskih sondi kreću se od mjerenja pristupačnim ljudima (prikaz podatkovnog terminala) za izvođenje izračuna na podacima o položaju u odnosu na pohranjene programe u pogledu prihvatljivih parametara (servo-sustavi zatvorene petlje).
medicinski
Pretvornici se koriste u medicinskoj tehnologiji za niz primjena. Jedna od takvih aplikacija je elektrokardiografija (EKG) koji mjeri električne impulse srca tijekom vremena i prikazuje ih kao grafikon. U ovom procesu, elektrode se postavljaju na dijelove tijela, kao što su udovi ili prsa i vode ih do EKG uređaja. Elektrode otkrivaju električnu aktivnost srca kako bi procijenile sve nepravilne otkucaje ili bilo koje drugo detektabilno stanje povezano sa srčanom aktivnošću.
Druga medicinska primjena pretvarača je ultrazvučno snimanje i skeniranje. To uključuje korištenje uređaja poznatog kao ultrazvučna sonda za emitiranje visokofrekventnih zvučnih valova na određenim dijelovima tijela kako bi se stvorile slike koje prikazuju meko tkivo i organe poput kostiju, mišića, tetiva, ligamenata, hrskavice i krvnih žila. Ove se slike mogu koristiti za dijagnosticiranje bolesti unutar tijela, poput dijagnosticiranja tumora ili drugih bolesti poput raka.
Štoviše, pretvarači se koriste u instrumenti za praćenje – uređaji koji pružaju informacije u stvarnom vremenu o stanju pacijenta od jedne do druge vremenske točke tijekom određenog vremenskog razdoblja – uključujući:
- Pulsni oksimetri koji mjere razinu zasićenosti kisikom u krvi.
- EKG monitori koji mjere srčanu frekvenciju ili abnormalnosti ritma.
- Monitori za temperatura, brzina disanja i druge vitalne znakove poput krvnog tlaka i razine glukoze.
Consumer Electronics
Potrošačka elektronika je među najčešće primjene pretvarača. To je zato što sonde mogu pretvoriti električnu energiju u zvuk, koji zatim mogu koristiti zvučnici u različitim vrstama audio uređaja. Osim toga, pretvarači se koriste za pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi kako bi se poboljšao omjer signala i šuma u televizijskim i radijskim uređajima. Oni također igraju ulogu u pretvaranju elektroničkih signala u akustične valove kako bi se mogli pojačati.
Drugi primjeri uključuju njihovu upotrebu u telefonima i slušalicama, gdje pomažu pojačati zvuk i također smanjiti pozadinsku buku. Transduktori se također koriste u opremi za video snimanje, kao što su kamkorderi i digitalne kamere, za pretvaranje optičkih signala u električne kako bi se zatim mogli digitalno pohraniti ili manipulirati pomoću računala. Konačno, medicinska oprema često koristi tehnologiju sonde za ultrazvučno snimanje i druge svrhe.
Prednosti i nedostatci
Pretvornik je uređaj koji može pretvoriti jedan oblik energije u drugi oblik energije. Koristi se u raznim primjenama poput mjerenja sila, temperatura, položaj, brzina i druge fizičke varijable.
U ovom ćemo članku raspravljati o prednostima i nedostacima korištenja sondi. Razumijevajući prednosti i nedostatke sonde, možete donijeti informiranu odluku o njezinoj upotrebi u različitim primjenama.
Prednosti
Pretvornik je uređaj koji pretvara energiju iz jednog oblika u drugi, često s ciljem mjerenja fizičke veličine. Postoji mnogo različitih vrsta sondi, od kojih svaka odgovara određenoj namjeni. Pretvarači nude brojne prednosti u smislu praktičnosti i točnosti, te su postali nezamjenjivi sastavni dijelovi moderne tehnologije.
Prednosti pretvarača uključuju:
- robusnost: Pretvornici su relativno neosjetljivi na uvjete okoline i mogu se koristiti na ekstremnim temperaturama i drugim opasnim uvjetima. Obično zahtijevaju malo održavanja tijekom svog životnog vijeka.
- High Speed: Mnogi senzori mogu dati očitanja unutar milisekundi, omogućujući brzo vrijeme odziva i povratnu kontrolu ako je potrebno.
- Mnogostranost: Širok raspon primjena moguć je zahvaljujući brojnim senzorskim mogućnostima sondi, od mjerenja kontrole procesa do medicinske dijagnostike.
- Preciznost: Izlazni signal iz sonde obično je vrlo precizan u usporedbi s mjerenjima obavljenim ručno ili drugim manje pouzdanim sredstvima. Pogreške mjerenja mogu biti puno manje od onih iz ručnih metoda.
- Isplativost: Troškovi sondi dramatično su pali posljednjih godina zbog napretka tehnologije, koja ih sada čini dostupnima za većinu aplikacija.
Nedostaci
Prijenosnici imaju i prednosti i nedostatke. Iako su prikladan, učinkovit i isplativ način za pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi, oni imaju ograničenja.
Najznačajniji nedostatak sondi je njihova osjetljivost na smetnje buke. Ovo je osobito istinito kod mjerenja niskofrekventnih očitanja. Na sonde mogu negativno utjecati drugi električni signali koji rezultiraju netočnim očitanjima i netočnim rezultatima.
Drugi nedostatak pretvarača je njihova relativna sporo vrijeme odziva u usporedbi s drugim oblicima pretvorbe energije kao što su mehanički uređaji ili algoritmi. U određenim primjenama, na primjer gdje su potrebne brze odluke ili kada su potrebne visoke razine preciznosti, tradicionalne metode mogu biti prikladnije od sustava sondi.
Transduktori također zahtijevaju specijalizirane vještine ispravno ih instalirati i rukovati, što ih čini neprikladnima za mnoge primjene u kojima je dostupno nekvalificirano osoblje ili okolina zahtijeva brzo postavljanje i jednostavno rukovanje za optimalne performanse.
Zaključak
U zaključku, pretvornici bitan su element mnogih industrija i uređaja za životni stil. Mogu pretvoriti električnu energiju u mehaničku i obrnuto, omogućujući važna mjerenja koja prije nisu bila moguća. Pretvornici pokrivaju širok raspon područja primjene i mogu se koristiti u kombinaciji jedan s drugim za postizanje preciznijih mjerenja.
Različite vrste razlikuju se u dizajnu i upotrebi; Ultrazvučni pretvarači posebno su korisni za ispitivanje bez razaranja zbog njihove sposobnosti mjerenja debljine materijala bez ometanja objekta na bilo koji način. Piezoelektrični pretvarači pretvaraju mehaničko naprezanje u električni potencijal što ih čini prikladnima za medicinsko snimanje budući da daju jasne slike unutarnjih organa. Posljednje, otporni pretvarači izvrsni su za mjerenje temperaturnih promjena što ih čini prikladnima za upotrebu u automobilima kao što je praćenje temperature motora.
Općenito, sonde služe u mnoge svrhe, velike i male, te je važno da korisnici razumiju kako ovi uređaji rade kako bi mogli odabrati pravi tip za svoje potrebe. Kako tehnologija bude napredovala, bit će više prilika za ljude da koriste poboljšane senzore koji se oslanjaju na tehnologiju sondi, stoga je važno ostati obrazovan o ovom pitanju!
Ja sam Joost Nusselder, osnivač Neaere i marketer sadržaja, tata i volim isprobavati novu opremu s gitarom u srcu moje strasti, a zajedno sa svojim timom stvaram detaljne članke na blogu od 2020. pomoći vjernim čitateljima savjetima za snimanje i gitaru.
