Transduser adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi, dari otomasi industri hingga pencitraan medis.
Pada artikel ini, kami akan memberikan ikhtisar tentang apa itu transduser dan bagaimana penggunaannya. Kami akan membahas yang berbeda jenis transduser, aplikasinya, dan cara penggunaannya:
Definisi transduser
Sebuah transduser adalah perangkat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Sebagian besar transduser mengkonversi akustik atau energi mekanik (yaitu gelombang suara atau getaran) menjadi sinyal listrik atau sebaliknya, meskipun ada juga yang dapat mengubah energi dari variabel cahaya, suhu, tekanan, medan magnet dan posisi menjadi nilai listrik yang terukur.
Contoh transduser yang umum digunakan meliputi:
- mikrofon yang mengubah energi akustik menjadi sinyal listrik;
- pengeras suara yang mengubah sinyal listrik menjadi gelombang akustik;
- termistor yang mengubah fluktuasi suhu menjadi voltase terukur;
- kristal piezoelektrik yang dapat menghasilkan sinyal listrik sebagai respons terhadap deformasi mekanis;
- pengukur regangan untuk mendeteksi variasi kecil dalam perpindahan fisik seperti gaya atau torsi.
Transduser banyak digunakan dalam aplikasi sehari-hari seperti telepon, pencitraan medis dan sistem diagnosis mesin serta sistem pemantauan khusus seperti seismograf dan jaringan transmisi sinyal serat optik. Transduser memungkinkan penangkapan perubahan halus dalam perilaku fisik suatu sistem dengan menggunakan teknik pengukuran kuantitatif seperti pengukuran aliran dan pemantauan kecepatan/suhu operasional dan sebagainya
Jenis transduser:
Transduser adalah perangkat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Dalam konteks sistem akustik, transduser biasanya digunakan untuk mengubah energi fisik menjadi sinyal listrik, atau sebaliknya – listrik menjadi gelombang suara. Meskipun ada banyak jenis transduser yang tersedia di pasaran saat ini, semuanya beroperasi berdasarkan beberapa prinsip sederhana.
Jenis transduser yang paling dasar adalah a piezoelektrik transduser, juga dikenal sebagai mikrofon kontak atau piezo Singkatnya. Transduser piezo mengubah getaran mekanis menjadi sinyal listrik menggunakan efek piezoelektrik; muatan listrik dihasilkan melalui kompresi atau getaran ketika bahan dielektrik tertentu (seperti kuarsa) mengalami tekanan mekanis. Muatan listrik ini kemudian dapat diperkuat dan diubah menjadi suara yang dapat didengar melalui speaker atau headphone.
Jenis transduser populer lainnya adalah transduser kumparan elektromagnetik - kadang-kadang disebut hanya sebagai a mic. Ini terdiri dari elektromagnet yang dibungkus dengan gulungan kawat; saat terkena gelombang suara, koil ini akan menciptakan arus listriknya sendiri, yang kemudian dapat diperkuat dan ditransmisikan melalui speaker atau headphone. Karena mereka cenderung merespons dengan lebih akurat di seluruh rentang frekuensi daripada perangkat berbasis piezo, mikrofon biasanya digunakan di studio rekaman dan pertunjukan langsung.
Akhirnya ada transduser digital converter box (DAC).; ini bekerja dengan memproses informasi digital dan mengubahnya menjadi sinyal analog (atau sebaliknya). Perangkat ini sangat penting untuk mentransmisikan sinyal audio melalui jaringan digital seperti koneksi Bluetooth; dalam hal ini, DAC akan digunakan untuk menyaring bagian sinyal yang dapat mengganggu kualitas pemutaran audio sebelum transmisi melalui sambungan nirkabel.
Prinsip Kerja
Sebuah transduser adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Ini bekerja dengan mengambil energi input, seperti listrik atau cahaya, dan mengubahnya menjadi gerakan mekanik atau suara.
Aplikasi transduser yang paling umum adalah dalam konversi sinyal listrik menjadi gelombang suara. Transduser jenis ini digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk sistem audio, instrumen medis, dan perangkat militer.
Sekarang mari kita jelajahi bagaimana transduser bekerja dan berbagai kegunaannya.
Cara kerja transduser
Sebuah transduser adalah perangkat listrik yang biasa digunakan untuk mengubah sinyal listrik menjadi besaran fisik seperti suara, panas, atau gerak. Konversi ini dilakukan dengan menggunakan sensor untuk menghasilkan sinyal analog atau sinyal digital. Sinyal analog kemudian diubah menjadi bentuk tegangan atau arus yang dapat dibaca. Berbagai jenis transduser tersedia untuk mendeteksi berbagai jenis sinyal energi seperti getaran dan tekanan mekanis.
Transduser mengandung tiga elemen kunci: sumber (input), elemen perantara (penguat), dan detektor (output). Sumber menerapkan energi dalam bentuk tekanan, gelombang suara, arus listrik, dll., yang dapat dideteksi oleh elemen perantara dan diperkuat seperlunya sebelum dikirim untuk dideteksi. Ketika elemen perantara menerima energi input, ia juga mendeteksi sifat yang telah ditentukan sebelumnya seperti frekuensi dan amplitudo. Detektor mendeteksi sifat-sifat ini dan kemudian mengubahnya kembali menjadi sifat fisik terukur seperti tegangan atau arus pada tahap keluaran untuk penggunaan lebih lanjut.
Dalam proses otomasi, modul operasi seperti robot terintegrasi kekuasaan transduser sehingga dapat mendeteksi gaya eksternal yang bekerja pada lengan robot dan memastikan gerakannya tetap aman dalam batas operasional. Transduser daya juga digunakan dalam sistem kontrol industri di mana arus dan tegangan perlu dipantau secara akurat untuk stabilitas dan presisi jangka panjang dalam proses otomatis. Dalam sistem otomasi rumah, kunci pintu biasanya menggunakan sensor untuk melakukannya nyalakan lampu saat seseorang mendekati pintu atau buka jendela saat gerakan dirasakan di dalam lingkungan rumah.
Jenis sinyal transduser
Transduser adalah komponen dari sistem yang digunakan untuk mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya. Mereka mengukur, merasakan, dan mengirimkan berbagai jenis sinyal seperti listrik, mekanik, termal, dan optik. Sinyal transduser terutama dibagi menjadi dua kategori utama: analog dan digital.
Transduser analog mengukur berbagai informasi fisik dari lingkungan untuk menghasilkan sinyal analog yang mewakili informasi tersebut dalam format elektrik. Data seperti tekanan, suhu, kecepatan, dan percepatan dapat diubah menjadi sinyal analog menggunakan transduser untuk tujuan pengukuran atau kontrol. Contoh transduser analog termasuk mikrofon yang mengubah gelombang suara menjadi tegangan listrik; akselerometer piezoelektrik yang mengubah getaran mekanis menjadi arus listrik; termokopel yang mendeteksi suhu; dll.
Transduser digital mengubah sinyal dari parameter fisik (seperti cahaya atau suara) menjadi representasi digital yang hanya dapat dihasilkan setelah pemrosesan selesai pada prosesor sinyal digital yang terpasang pada transduser itu sendiri. Tidak seperti sinyal analog, sinyal digital terdiri dari level diskrit seperti 0s dan 1s yang sesuai dengan keadaan yang telah ditentukan sebelumnya daripada level tegangan atau arus kontinu dalam kasus analog. Pemrosesan sinyal digital banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi seperti ponsel, sensor seperti lampu LED, solar panel dll., di mana data digital mengalir melintasi jaringan dengan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan data analog pasangannya. Itu karena biaya pembentukan sirkuit untuk transmisi bit tunggal jauh lebih sedikit daripada yang terkait dengan pembentukan sirkuit untuk mengirimkan gelombang audio sepotong demi sepotong pada rentang frekuensi tertentu dari jarak jauh.
Aplikasi
Sebuah transduser banyak digunakan dalam berbagai aplikasi yang berbeda, seperti perangkat pencitraan medis, sensor otomotif, dan sistem kontrol proses industri. Ini adalah perangkat yang mengubah energi dari satu bentuk, analog atau digital, ke bentuk lain. Selain itu, transduser adalah dasar dari setiap sistem otomasi modern karena digunakan untuk konversi sinyal dan pengkondisian sinyal.
Mari jelajahi berbagai aplikasi transduser:
Otomotif
Transduser otomotif digunakan secara luas di industri otomotif untuk berbagai aplikasi karena kinerjanya yang presisi, ukurannya yang kecil, dan efisiensi biaya. Mereka adalah alat yang sangat penting yang digunakan dalam sistem pemantauan dan kontrol kendaraan untuk mengukur berbagai parameter seperti temperatur, tekanan, dan posisi.
Transduser umumnya digunakan dalam mesin otomotif untuk mengukur kecepatan, posisi komponen seperti piston atau camshafts, tekanan gas buang atau polutan, suhu atau laju aliran. Transduser dapat membantu mengidentifikasi masalah tak terduga yang mungkin terlewatkan oleh metode pemeriksaan biasa. Misalnya, transduser kecepatan putaran dapat digunakan untuk mengukur setiap fluktuasi pada RPM mesin yang dapat mengindikasikan keausan umum, pembakaran tidak normal, atau masalah ketidaksejajaran.
Dalam sistem kelistrikan kendaraan, mereka dapat digunakan untuk mendeteksi sinyal elektronik dan memberikan umpan balik apakah sesuai dengan spesifikasi pabrikan dan membantu pemecahan masalah sistem kelistrikan di dalam mobil. Aplikasi umum termasuk pengukuran tingkat arus dan tegangan baterai (untuk mengelola tingkat pengisian daya), penginderaan tingkat bahan bakar (untuk memantau tingkat akurasi) serta deteksi waktu pengapian pada mesin diesel dan bensin (untuk memastikan pembakaran yang optimal.) Mereka juga sering digunakan dalam sistem ventilasi termasuk mengontrol nilai tukar udara antara udara luar dan kabin interior untuk tujuan pengendalian kenyamanan.
Selain itu, teknologi transduser sedang dikembangkan untuk digunakan dalam sistem otomasi pabrik di mana sensor digunakan untuk stasiun kerja perakitan robot otomatis serta kontrol kualitas suku cadang yang diproduksi oleh mesin. Di sini data dari transduser dapat ditangkap oleh robot yang dikendalikan komputer yang tidak hanya melakukan pemeriksaan pemeliharaan terjadwal reguler tetapi juga tugas kompleks seperti mendiagnosis masalah penyelarasan atau mematikan kesalahan terkait dalam lini produksi.
Industri
Aplikasi industri transduser biasanya ditemukan di otomatisasi pabrik, kontrol proses, dan robotika. Sensor industri umum adalah percepatan, gerak, getaran, tekanan/gaya, temperatur, perpindahan/jarak/posisi dan sentuh. Jenis aplikasi ini biasanya berupa sistem komunikasi satu arah di mana transduser mengubah sinyal energi fisik menjadi energi listrik sebagai umpan balik ke prosesor pemantau atau sebagai input untuk mengontrol sirkuit yang memengaruhi proses fisik melalui aktuator seperti motor atau solenoida.
Beragam jenis sensor memungkinkan transduser digunakan untuk berbagai proses industri seperti pemotongan dan pembentukan logam, proses pengeboran dan pemurnian ladang minyak (SPM), sistem pengelasan, dan mesin perakitan. Tergantung pada jenis aplikasi transduser yang digunakan, mungkin diperlukan untuk mengubah sinyal keluaran listrik dari satu bentuk energi menjadi bentuk lain yang sesuai (temperatur menjadi tekanan atau perpindahan menjadi kecepatan).
Transduser bahkan dapat dihubungkan dalam jaringan kompleks dengan jalur serat optik yang sering kali menghubungkan titik-titik 'strategis' dalam fasilitas produksi otomatis yang besar. Perangkat keluaran juga dapat dihubungkan kembali dari prosesor untuk mengambil tindakan atas umpan balik dari lingkungan. Aplikasi transduser industri berkisar dari membuat pengukuran dapat diakses oleh manusia (tampilan terminal data) untuk melakukan kalkulasi pada data posisi relatif terhadap program tersimpan mengenai parameter yang dapat diterima (sistem servo loop tertutup).
Medis
Transduser digunakan dalam teknologi medis untuk berbagai aplikasi. Salah satu aplikasi tersebut adalah elektrokardiografi (EKG) yang mengukur impuls listrik jantung dari waktu ke waktu dan menampilkannya sebagai grafik. Dalam proses ini, elektroda ditempatkan di area tubuh, seperti tungkai atau dada dan mengarahkannya ke mesin EKG. Elektroda mendeteksi aktivitas listrik jantung untuk menilai detak tidak teratur atau kondisi lain yang terdeteksi terkait dengan aktivitas jantung.
Transduser aplikasi medis lain yang digunakan adalah pencitraan dan pemindaian ultrasonik. Ini melibatkan penggunaan perangkat yang dikenal sebagai probe ultrasound untuk memancarkan gelombang suara frekuensi tinggi di bagian tubuh tertentu untuk membuat gambar yang menunjukkan jaringan dan organ lunak seperti tulang, otot, tendon, ligamen, tulang rawan, dan pembuluh darah. Gambar-gambar ini dapat digunakan untuk mendiagnosa penyakit dalam tubuh, seperti mendiagnosa tumor atau penyakit lain seperti kanker.
Selain itu, transduser digunakan dalam instrumen pemantauan – perangkat yang menyediakan informasi real-time tentang kondisi pasien dari satu waktu ke waktu lainnya selama periode waktu tertentu – termasuk:
- Oksimetri nadi yang mengukur tingkat saturasi oksigen dalam darah.
- Monitor EKG yang mengukur detak jantung koroner atau kelainan irama.
- Monitor untuk suhu, laju respirasi dan tanda vital lainnya seperti tekanan darah dan kadar glukosa.
Pengguna Elektronik
Elektronik konsumen termasuk di antaranya aplikasi transduser yang paling umum. Ini karena transduser mampu mengubah energi listrik menjadi suara, yang kemudian dapat digunakan oleh speaker di berbagai jenis perangkat audio. Selain itu, transduser digunakan untuk mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya untuk meningkatkan rasio signal-to-noise di perangkat televisi dan radio. Mereka juga berperan dalam mengubah sinyal elektronik menjadi gelombang akustik sehingga dapat diperkuat.
Contoh lain termasuk penggunaannya di telepon dan headset, di mana mereka membantu memperkuat suara dan juga mengurangi kebisingan latar belakang. Transduser juga digunakan dalam peralatan perekam video, seperti camcorder dan kamera digital, untuk mengubah sinyal optik menjadi sinyal elektrik sehingga dapat disimpan secara digital atau dimanipulasi dengan komputer. Terakhir, peralatan medis sering menggunakan teknologi transduser untuk pencitraan ultrasound dan keperluan lainnya.
Keuntungan dan kerugian
Sebuah transduser adalah alat yang dapat mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pengukuran gaya, suhu, posisi, kecepatan, dan variabel fisik lainnya.
Pada artikel ini, kita akan membahas keuntungan dan kerugian menggunakan transduser. Dengan memahami kelebihan dan kekurangan transduser, Anda dapat mengambil keputusan yang tepat tentang penggunaannya dalam berbagai aplikasi.
Kelebihan
Sebuah transduser adalah perangkat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya, seringkali dengan tujuan untuk mengukur besaran fisik. Ada banyak jenis transduser, masing-masing cocok untuk tujuan tertentu. Transduser menawarkan banyak keuntungan dalam hal kemudahan dan akurasi, dan telah menjadi komponen yang sangat diperlukan dalam teknologi modern.
Keuntungan dari transduser meliputi:
- Kekokohan: Transduser relatif tidak sensitif terhadap kondisi lingkungan dan dapat digunakan pada suhu ekstrim dan kondisi berbahaya lainnya. Mereka biasanya membutuhkan sedikit perawatan selama masa hidup mereka.
- High Speed: Banyak sensor dapat memberikan pembacaan dalam milidetik, memungkinkan waktu respons yang cepat dan kontrol umpan balik jika diperlukan.
- Multifungsi: Berbagai aplikasi dimungkinkan karena banyak kemampuan penginderaan transduser, mulai dari pengukuran kontrol proses hingga diagnostik medis.
- Ketelitian: Sinyal keluaran dari transduser biasanya sangat tepat dibandingkan dengan pengukuran yang dilakukan dengan tangan atau cara lain yang kurang andal. Kesalahan pengukuran bisa jauh lebih rendah dibandingkan dengan metode manual.
- Efektivitas biaya: Biaya transduser telah turun drastis selama beberapa tahun terakhir karena kemajuan teknologi, yang kini membuatnya dapat diakses untuk sebagian besar aplikasi.
Kekurangan
Transduser memiliki kelebihan dan kekurangan. Meskipun mereka adalah cara yang nyaman, efisien dan hemat biaya untuk mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya, mereka memiliki keterbatasan.
Kerugian yang paling menonjol dari transduser adalah kerentanannya terhadap gangguan kebisingan. Ini terutama benar ketika mengukur pembacaan frekuensi rendah. Transduser dapat dipengaruhi secara negatif oleh sinyal listrik lain yang menghasilkan pembacaan yang tidak akurat dan hasil yang tidak akurat.
Kerugian lain dari transduser adalah relatifnya waktu respon yang lambat dibandingkan dengan bentuk lain dari konversi energi seperti perangkat mekanik atau algoritma. Dalam aplikasi tertentu, misalnya saat keputusan cepat diperlukan atau saat tingkat presisi tinggi diperlukan, metode tradisional mungkin lebih cocok daripada sistem transduser.
Transduser juga membutuhkan keterampilan khusus untuk menginstal dan mengoperasikannya dengan benar, yang membuat mereka tidak cocok untuk banyak aplikasi di mana tersedia personel yang tidak terampil atau lingkungan membutuhkan penyebaran cepat dan pengoperasian yang mudah untuk kinerja yang optimal.
Kesimpulan
Sebagai kesimpulan, transduser adalah elemen penting dari banyak industri dan perangkat gaya hidup. Mereka dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dan sebaliknya, memungkinkan dilakukannya pengukuran penting yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan. Transduser mencakup berbagai area aplikasi dan dapat digunakan dalam kombinasi satu sama lain untuk menghasilkan pengukuran yang lebih akurat.
Jenis yang berbeda bervariasi dalam desain dan penggunaan; Transduser ultrasonik sangat berguna untuk pengujian non destruktif karena kemampuannya untuk mengukur ketebalan material tanpa mengganggu objek dengan cara apa pun. Transduser piezoelektrik mengubah ketegangan mekanis menjadi potensi listrik yang membuatnya cocok untuk pencitraan medis karena memberikan gambaran yang jelas tentang organ dalam. Akhirnya, transduser resistif sangat baik untuk mengukur perubahan suhu yang membuatnya cocok untuk penggunaan otomotif seperti memantau suhu mesin.
Secara keseluruhan, transduser melayani banyak tujuan baik besar maupun kecil dan penting bagi pengguna untuk memahami cara kerja perangkat ini sehingga mereka dapat memilih jenis yang tepat untuk kebutuhannya. Seiring kemajuan teknologi, akan ada lebih banyak kesempatan bagi orang untuk menggunakan sensor canggih yang bergantung pada teknologi transduser, jadi penting untuk tetap mengetahui masalah ini!
Saya Joost Nusselder, pendiri Neaera dan seorang pemasar konten, ayah, dan suka mencoba peralatan baru dengan gitar di jantung hasrat saya, dan bersama dengan tim saya, saya telah membuat artikel blog yang mendalam sejak tahun 2020 untuk membantu pembaca setia dengan tips merekam dan gitar.
