Bylgjur eru rafeindatæki sem notuð eru til að breyta orku úr einu formi í annað. Þeir eru notaðir í ýmsum forritum, frá iðnaðar sjálfvirkni til læknisfræðilegrar myndgreiningar.
Í þessari grein munum við veita yfirlit yfir hvað transducers eru og hvernig þeir eru notaðir. Við munum ná yfir mismunandi tegundir transducers, forrit þeirra og hvernig þau eru notuð:
Skilgreining á transducer
Transducer er tæki sem breytir orku úr einu formi í annað. Meirihluti transducers breytir hljóð- eða vélrænni orku (þ.e. hljóðbylgjur eða titringur) í rafmerki eða öfugt, þó að það séu líka þau sem geta umbreytt orku úr ljósi, hitastigi, þrýstingi, segulsviði og stöðubreytum í mælanleg rafgildi.
Dæmi um algenga umbreyta eru:
- hljóðnemum sem umbreytir hljóðorku í rafmerki;
- hátalarar sem breyta rafboðum í hljóðbylgjur;
- hitastillir sem breyta hitasveiflum í mælanlegar spennur;
- piezoelectric kristallar sem getur myndað rafboð sem svar við vélrænni aflögun;
- álagsmælar til að greina smámuni á líkamlegri tilfærslu eins og krafti eða tog.
Transducers eru mikið notaðir í daglegu forriti eins og síma, læknisfræðileg myndgreiningarkerfi og vélagreiningarkerfi sem og sérhæfð eftirlitskerfi eins og jarðskjálftamælar og ljósleiðaramerkjasendingarnet. Transducers gera kleift að fanga fíngerðar breytingar á líkamlegri hegðun kerfis með því að nota megindlegar mælingaraðferðir eins og rennslismælingar og eftirlit með rekstrarhraða/hitastigi o.fl.
Tegundir transducers
Bylgjur eru tæki sem breyta orku úr einu formi í annað. Í samhengi við hljóðkerfa eru transducers almennt notaðir til að umbreyta líkamlegri orku í rafmerki, eða öfugt - rafmagn í hljóðbylgjur. Þó að það séu margar tegundir af transducers í boði á markaðnum í dag, starfa þeir allir samkvæmt nokkrum einföldum reglum.
Grunntegundin af transducer er a piezoelectric transducer, einnig þekktur sem tengihljóðnemi eða piezo í stuttu máli. Piezo transducers breyta vélrænum titringi í rafmerki með því að nota piezoelectric áhrif; rafhleðsla myndast með þjöppun eða titringi þegar ákveðin rafræn efni (eins og kvars) verða fyrir vélrænni álagi. Þessa rafhleðslu er síðan hægt að magna upp og breyta í heyranlegt hljóð í gegnum hátalara eða heyrnartól.
Önnur vinsæl tegund af transducer er rafsegulspólubreytir - stundum einfaldlega nefnt a Mic. Þetta samanstendur af rafsegul sem er vafinn með vírspólu; þegar hann verður fyrir hljóðbylgjum mun þessi spóla búa til sinn eigin rafstraum, sem síðan er hægt að magna upp og senda í gegnum hátalara eða heyrnartól. Þar sem þeir hafa tilhneigingu til að bregðast við með meiri nákvæmni á tíðnisviðum en tæki sem byggjast á piezo gera, eru hljóðnemar almennt notaðir jafnt í upptökuverum og lifandi sýningum.
Að lokum eru það digital converter box (DAC) transducers; þetta virkar með því að vinna stafrænar upplýsingar og breyta þeim í hliðræn merki (eða öfugt). Þessi tæki eru nauðsynleg til að senda hljóðmerki um stafræn net eins og Bluetooth-tengingar; í þessu tilviki væri DAC notaður til að sía út hluta merkisins sem gætu truflað gæðahljóðspilun fyrir sendingu yfir þráðlausar tengingar.
Vinna meginreglunni
Transducer er tæki sem notað er til að breyta orku úr einu formi í annað. Það virkar með því að taka inn orku, svo sem rafmagn eða ljós, og breyta því í vélrænni hreyfingu eða hljóði.
Algengasta notkun transducers er í umbreytingu rafmerkja í hljóðbylgjur. Þessi tegund af transducer er notaður í margs konar forritum, þar á meðal hljóðkerfi, lækningatæki og hernaðartæki.
Nú skulum við kanna hvernig transducer virkar og margvísleg notkun þess.
Hvernig transducers virka
Transducer er rafmagnstæki sem almennt er notað til að breyta rafmerki í líkamlegt magn eins og hljóð, hita eða hreyfingu. Þessi umbreyting er gerð með því að nota skynjara til að framleiða hliðrænt merki eða stafrænt merki. Hliðstæða merkinu er síðan breytt í læsilegt form annað hvort spennu eða straums. Mismunandi gerðir af transducers eru fáanlegar til að greina mismunandi gerðir af orkumerkjum eins og vélrænn titringur og þrýstingur.
Sendarar innihalda þrjá lykilþætti: uppsprettu (inntak), milliþáttur (magnari) og skynjari (útgangur). Uppsprettan beitir orku í formi þrýstings, hljóðbylgna, rafstraums o.s.frv., sem hægt er að greina af millihlutanum og magna upp eftir þörfum áður en hún er send áfram til að greina. Þegar milliþátturinn fær inntaksorkuna greinir hann einnig alla fyrirfram ákveðna eiginleika eins og tíðni og amplitude. Skynjarinn skynjar þessa eiginleika og breytir þeim síðan aftur í mælanlegan eðliseiginleika eins og spennu eða straum á framleiðslustigi til frekari notkunar.
Í sjálfvirkniferlum eru rekstrareiningar eins og vélmenni samþættar máttur transducers þannig að þeir geti greint utanaðkomandi krafta sem verka á vélmennaarminn og tryggt að hreyfing hans haldist örugg innan rekstrarmarka. Power transducers eru einnig notaðir í iðnaðar stjórnkerfi þar sem Það þarf að fylgjast nákvæmlega með straumum og spennum fyrir langtíma stöðugleika og nákvæmni í sjálfvirkum ferlum. Í sjálfvirknikerfum heima nota hurðarlásar venjulega skynjara til þess kveikja ljós þegar einhver nálgast hurð eða opna glugga þegar hreyfingar skynjast inni í heimilisumhverfi.
Tegundir transducer merki
Bylgjur eru þættir kerfis sem notaðir eru til að breyta einni orkuformi í aðra. Þeir mæla, skynja og senda mismunandi gerðir af merkjum eins og rafmagns, vélrænni, varma og sjón. Sendaramerkjum er aðallega skipt í tvo meginflokka: hliðstæðum og stafræn.
Analog transducers mæla ýmsar líkamlegar upplýsingar úr umhverfinu til að búa til hliðræn merki sem tákna slíkar upplýsingar á rafrænu formi. Gögnum eins og þrýstingi, hitastigi, hraða og hröðun er hægt að breyta í hliðræn merki með því að nota transducers til mælinga eða stjórnunar. Dæmi um hliðræna transducers eru ma hljóðnemar sem breyta hljóðbylgjum í rafspennu; piezoelectric hröðunarmælar sem breyta vélrænum titringi í rafstraum; hitaeiningar sem nema hitastig; o.s.frv.
Stafrænir umbreytar umbreyta merki úr eðlisfræðilegum breytum (eins og ljósi eða hljóði) í stafræna framsetningu sem aðeins er hægt að búa til eftir að vinnslu er lokið á stafræna merki örgjörvanum sem er tengdur við transducerinn sjálfan. Ólíkt hliðstæðum merkjum samanstanda stafræn merki af stakum stigum eins og 0s og 1s sem samsvara einhverju fyrirfram skilgreindu ástandi frekar en samfelldri spennu eða straumstigi ef um er að ræða hliðræn. Stafræn merkjavinnsla er mikið notuð í fjarskiptakerfum eins og farsímar, skynjara eins og LED ljós, sólarplötur o.s.frv., þar sem stafræn gögn streyma um netkerfi á meiri hraða samanborið við hliðstæða gögn þeirra. Það er vegna þess að kostnaðurinn við að mynda hringrásir fyrir eins bita sendingu er miklu minni en það sem tengist myndun hringrása til að senda hljóðbylgjulögun stykki fyrir stykki á tilteknu tíðnisviði yfir fjarlægð.
Umsóknir
Transducer er mikið notað í ýmsum mismunandi forritum, svo sem læknisfræðileg myndgreiningartæki, bílskynjarar og iðnaðarferlisstýringarkerfi. Það er tæki sem breytir orku úr einu formi, hliðrænt eða stafrænt, í annað form. Að auki eru transducers grunnurinn að hvers kyns nútíma sjálfvirknikerfi þar sem þeir eru notaðir til merkjabreyting og merkjaskilyrði.
Við skulum kanna hin ýmsu notkun transducers:
Bílar
Sendarar fyrir bíla eru mikið notaðar í bílaiðnaðinum til margvíslegra nota vegna nákvæmrar frammistöðu, smæðar og kostnaðarhagkvæmni. Þau eru afar mikilvæg verkfæri sem notuð eru í eftirlits- og stjórnkerfum ökutækja til að mæla ýmsar breytur eins og hitastig, þrýstingur og staðsetning.
Transducers eru almennt notaðir í bílavélum til að mæla hraði, staðsetning íhluta eins og stimplar eða kambása, útblástursþrýstingur eða mengunarefni, hitastig eða rennsli. Sendarar geta hjálpað til við að bera kennsl á ófyrirséð vandamál sem venjulegar skoðunaraðferðir myndu missa af. Til dæmis er hægt að nota snúningshraðaskynjara til að mæla allar sveiflur í snúningshraða hreyfilsins sem gætu bent til almenns slits, óeðlilegs bruna eða misræmis.
Í rafkerfi ökutækisins er hægt að nota þau til að greina rafeindamerki og veita endurgjöf um hvort það sé innan forskrifta framleiðanda og aðstoða við bilanaleit á rafkerfum í bílnum. Dæmigert forrit fela í sér mælingar rafhlöðustraumur og spennustig (til að stjórna hleðslustigum), eldsneytisstigsskynjun (til að fylgjast með nákvæmni stigs) sem og kveikjutímaskynjun á bæði dísil- og bensínvélum (til að tryggja hámarks bruna.) Þeir eru einnig oft notaðir í loftræstikerfi, þar með talið að stjórna loftskiptum milli útilofts og innri klefa í þægindastýringu.
Að auki er verið að þróa transducer tækni til notkunar í sjálfvirknikerfum verksmiðjunnar þar sem skynjarar eru notaðir fyrir sjálfvirkar vélfærafræðilegar færibandsvinnustöðvar sem og gæðaeftirlit með hlutum sem framleiddir eru af vélum. Hér er hægt að fanga gögn frá transducers með tölvustýrðum vélmennum sem framkvæma ekki bara reglulegar áætlaðar viðhaldsskoðanir heldur einnig flókin verkefni eins og greiningu á jöfnunarvandamálum eða bilunum tengdum lokun innan framleiðslulína.
Iðnaðar
Iðnaðarforrit af transducers er venjulega að finna í sjálfvirkni verksmiðjunnar, ferlistýringu og vélfærafræði. Algengar iðnaðarskynjarar eru hröðun, hreyfing, titringur, þrýstingur/kraftur, hitastig, tilfærsla/fjarlægð/staða og snerta. Þessar gerðir af forritum eru venjulega einhliða samskiptakerfi þar sem transducerinn breytir eðlisfræðilegum í raforkumerki sem endurgjöf til eftirlits örgjörva eða sem inntak til að stjórna rafrásum sem hafa áhrif á eðlisfræðilega ferlið í gegnum hreyfla eins og mótora eða segulloka.
Mikið úrval af skynjaragerðum gerir breytum kleift að nota fyrir fjölbreytta iðnaðarferla eins og málmskurð og -mótun, olíuborunar- og hreinsunarferli (SPM), suðukerfi og samsetningarvélar. Það fer eftir tegund notkunar sem transducerinn er notaður fyrir, það getur verið nauðsynlegt að breyta rafúttaksmerkinu úr einni orkuformi í annað viðeigandi form (hitastig yfir í þrýsting eða tilfærslu í hraða).
Sendarar geta jafnvel verið samtengdir í flóknum netum með ljósleiðaralínum sem oft tengja „stefnumótandi“ punkta í stórum sjálfvirkum framleiðslustöðvum. Hægt er að tengja úttakstæki á svipaðan hátt aftur út úr örgjörvum til að grípa til aðgerða við endurgjöf frá umhverfinu. Iðnaðar transducer forrit eru allt frá því að gera mælingar aðgengilegar fyrir menn (skjár gagnastöðvar) að framkvæma útreikninga á staðsetningargögnum miðað við vistuð forrit varðandi viðunandi færibreytur (servókerfi með lokuðum lykkjum).
Medical
Transducers eru notaðir í lækningatækni fyrir margvísleg forrit. Ein slík umsókn er hjartalínurit (EKG) sem mælir rafboð hjartans með tímanum og sýnir það sem línurit. Í þessu ferli eru rafskaut sett á svæði líkamans, eins og útlimi eða bringu, og leiða þau að hjartalínuriti. Rafskautin greina rafvirkni hjartans til að meta hvers kyns óreglulegan slög eða annað greinanlegt ástand sem tengist hjartavirkni.
Annað læknisfræðilegt forrit transducers eru notaðir fyrir er ultrasonic myndatöku og skönnun. Þetta felur í sér að nota tæki sem kallast ómskoðunarnemi til að gefa frá sér hátíðni hljóðbylgjur á ákveðna hluta líkamans til að búa til myndir sem sýna mjúkvef og líffæri eins og bein, vöðva, sinar, liðbönd, brjósk og æðar. Þessar myndir er hægt að nota til að greina kvilla í líkamanum, svo sem að greina æxli eða aðra sjúkdóma eins og krabbamein.
Þar að auki eru transducers notaðir í eftirlitstæki – tæki sem veita rauntíma upplýsingar um ástand sjúklings frá einum tímapunkti til annars yfir ákveðið tímabil – þar á meðal:
- Púlsoxímetrar sem mæla súrefnismettun í blóði.
- EKG mælingar sem mæla kransæðahjartsláttartíðni eða hjartsláttartruflanir.
- Fylgjast með fyrir hitastig, öndunarhraði og önnur lífsmörk eins og blóðþrýsting og glúkósagildi.
Consumer Electronics
Raftæki eru meðal þeirra algengustu notkun transducers. Þetta er vegna þess að transducers geta umbreytt raforku í hljóð, sem síðan er hægt að nota af hátölurum í mismunandi gerðum hljóðtækja. Að auki eru breytir notaðir til að umbreyta orku úr einu formi í annað til að bæta merki/suðhlutfall í sjónvarps- og útvarpstækjum. Þeir eiga einnig þátt í að breyta rafrænum merkjum í hljóðbylgjur svo hægt sé að magna þau.
Önnur dæmi eru notkun þeirra í síma og heyrnartól, þar sem þau hjálpa til við að magna hljóð og einnig draga úr bakgrunnshljóði. Sendarar eru einnig notaðir í myndbandsupptökubúnaði, svo sem upptökuvélum og stafrænum myndavélum, til að breyta ljósmerkjum í rafmagnsmerki svo hægt sé að geyma þau stafrænt eða meðhöndla með tölvu. Að lokum, Lækningabúnaður notar oft transducer tækni fyrir ómskoðun og öðrum tilgangi.
Kostir og gallar
Transducer er tæki sem getur breytt einu orkuformi í annað orkuform. Það er notað í margs konar forritum eins og mælingar kraftur, hitastig, staðsetning, hraði og aðrar eðlisbreytur.
Í þessari grein munum við ræða kosti og galla þess að nota transducers. Með því að skilja kosti og galla transducers geturðu tekið upplýsta ákvörðun um notkun hans í ýmsum forritum.
Kostir
Transducer er tæki sem breytir orku úr einu formi í annað, oft með það að markmiði að mæla líkamlegt magn. Það eru til margar mismunandi gerðir af transducers, hver hentugur fyrir sérstakan tilgang. Sendarar bjóða upp á marga kosti hvað varðar þægindi og nákvæmni og eru orðnir ómissandi hlutir í nútímatækni.
Kostir transducers eru:
- Robustness: Sendarar eru tiltölulega ónæmar fyrir umhverfisaðstæðum og þeir geta verið notaðir við mikla hitastig og aðrar hættulegar aðstæður. Þeir þurfa yfirleitt lítið viðhald á líftíma sínum.
- High Speed: Margir skynjarar geta veitt álestur innan millisekúndna, sem gerir kleift að fá skjótan viðbragðstíma og endurgjöfarstýringu ef þörf krefur.
- Fjölhæfni: Fjölbreytt notkunarmöguleiki er mögulegur vegna margra skynjunarmöguleika transducers, allt frá ferlistýringarmælingum til læknisfræðilegrar greiningar.
- Nákvæmni: Úttaksmerkið frá transducer er venjulega mjög nákvæmt miðað við mælingar sem gerðar eru með höndunum eða öðrum óáreiðanlegri aðferðum. Mæliskekkjur geta verið mun minni en þær sem koma frá handvirkum aðferðum.
- Kostnaðarhagkvæmni: Transducer kostnaður hefur lækkað verulega á undanförnum árum vegna framfara í tækni, sem nú gerir þá aðgengilega fyrir flest forrit.
Ókostir
Bylgjur hafa bæði kosti og galla. Þrátt fyrir að þau séu þægileg, skilvirk og hagkvæm leið til að breyta orku úr einu formi í annað, þá hafa þau takmarkanir.
Mest áberandi ókostur transducers er næmi þeirra fyrir truflun á hávaða. Þetta á sérstaklega við þegar lágtíðnimælingar eru mældar. Önnur rafboð geta haft skaðleg áhrif á transducers sem leiða til ónákvæmra álestra og ónákvæmra niðurstaðna.
Annar ókostur transducers er tiltölulega þeirra hægur viðbragðstími samanborið við aðrar tegundir orkubreytinga eins og vélræn tæki eða reiknirit. Í ákveðnum forritum, til dæmis þar sem þörf er á skjótum ákvörðunum eða þegar mikil nákvæmni er nauðsynleg, geta hefðbundnar aðferðir hentað betur en transducer kerfi.
Transducers þurfa einnig sérhæfð færni að setja þau upp og reka þau rétt, sem gerir þau óhentug í mörg forrit þar sem ófaglært starfsfólk er til staðar eða umhverfið krefst hröð dreifing og auðveld notkun fyrir bestu frammistöðu.
Niðurstaða
Niðurstaðan er sú að smávélar eru ómissandi þáttur í mörgum atvinnugreinum og lífsstílstækjum. Þeir geta breytt raforku í vélræna orku og öfugt, sem gerir kleift að taka mikilvægar mælingar sem voru ekki mögulegar áður. Sendarar ná yfir breitt svið notkunarsviða og hægt er að nota þau saman til að framleiða nákvæmari mælingar.
Mismunandi gerðir eru mismunandi í hönnun og notkun; Ultrasonic transducers eru sérstaklega gagnlegar fyrir ekki eyðileggjandi próf vegna getu þeirra til að mæla þykkt efnis án þess að trufla hlutinn á nokkurn hátt. Piezoelectric transducers umbreyta vélrænni álagi í rafstrauma sem gera þá hentuga fyrir læknisfræðilega myndgreiningu þar sem þeir gefa skýrar myndir af innri líffærum. Að lokum, viðnámsspennur eru frábærar til að mæla hitastigsbreytingar sem gerir þær hentugar fyrir bílanotkun eins og eftirlit með hitastigi hreyfilsins.
Á heildina litið þjóna transducers mörgum tilgangi, bæði stórum og smáum og það er mikilvægt fyrir notendur að skilja hvernig þessi tæki virka svo þeir geti valið réttu gerð fyrir þarfir þeirra. Eftir því sem tækninni fleygir fram verða fleiri tækifæri fyrir fólk til að nýta sér aukna skynjara sem treysta á transducer tækni svo það er mikilvægt að vera upplýst um þetta mál!
Ég er Joost Nusselder, stofnandi Neaera og efnismarkaður, pabbi og elska að prófa nýjan búnað með gítar í hjarta ástríðu minnar, og ásamt teyminu mínu hef ég verið að búa til ítarlegar blogggreinar síðan 2020 til að aðstoða dygga lesendur með upptökur og gítarráð.
