トランスデューサ エネルギーをある形態から別の形態に変換するために使用される電子デバイスです。 それらは、さまざまなアプリケーションで使用されています。 産業オートメーションから医用画像.
この記事では、トランスデューサの概要とその使用方法について説明します。 さまざまな機能について説明します トランスデューサの種類、そのアプリケーション、およびそれらの使用方法:
変換器の定義
トランスデューサー エネルギーをある形から別の形に変換する装置です。 変換器の大部分は変換します 音響または機械エネルギー 光、温度、圧力、磁場、位置変数からのエネルギーを測定可能な電気値に変換できるものもありますが、電気信号に (つまり、音波や振動) を電気信号に変換したり、その逆も可能です。
一般的に使用されるトランスデューサーの例は次のとおりです。
- マイク 音響エネルギーを電気信号に変換します。
- 拡声器 電気信号を音波に変換します。
- サーミスタ 温度変動を測定可能な電圧に変換します。
- 圧電結晶 機械的変形に応じて電気信号を生成できます。
- ひずみゲージ 力やトルクなどの物理的な変位の小さな変化を検出するため。
トランスデューサーは、次のような日常のアプリケーションで広く使用されています。 電話、医用画像、機械診断システム のような特殊な監視システムと同様に、 地震計と光ファイバー信号伝送ネットワーク. トランスデューサは、次のような定量的測定技術を使用して、システムの物理的挙動の微妙な変化を捉えることができます。 流量測定と動作速度/温度の監視 等々
トランスデューサーの種類
トランスデューサ エネルギーをある形から別の形に変換するデバイスです。 音響システムのコンテキストでは、物理エネルギーを電気信号に変換するためにトランスデューサーが一般的に使用されます。逆に、電気を音波に変換します。 今日、市場には多くの種類のトランスデューサが販売されていますが、それらはすべていくつかの単純な原理に従って動作します。
変換器の最も基本的なタイプは、 圧電 トランスデューサー、コンタクトマイクまたは ピエゾ 略して。 ピエゾ トランスデューサは、機械振動を電気信号に変換します。 圧電効果; 特定の誘電体（石英など）が機械的応力を受けると、圧縮または振動によって電荷が生成されます。 この電荷は増幅され、スピーカーやヘッドフォンを介して可聴音に変換されます。
もう XNUMX つの一般的なタイプのトランスデューサーは、 電磁コイルトランスデューサ – 単に a と呼ばれることもある マイク. これらは、ワイヤのコイルで包まれた電磁石で構成されています。 音波にさらされると、このコイルは独自の電流を生成し、それを増幅してスピーカーまたはヘッドフォン経由で送信できます。 ピエゾベースのデバイスよりも周波数範囲全体でより正確に応答する傾向があるため、マイクはレコーディング スタジオやライブ パフォーマンスでよく使用されます。
最後に、あります デジタル コンバータ ボックス (DAC) トランスデューサ; これらは、デジタル情報を処理してアナログ信号に変換する (またはその逆) ことで機能します。 これらのデバイスは、Bluetooth 接続などのデジタル ネットワークを介してオーディオ信号を送信するために不可欠です。 この場合、DAC を使用して、ワイヤレス接続を介して送信する前に、高品質のオーディオ再生に干渉する可能性のある信号の一部を除外します。
動作原理
トランスデューサー エネルギーをある形態から別の形態に変換するために使用される装置です。 次のような入力エネルギーを取得することで機能します 電気や光、そしてそれをに変換する 機械的な動きまたは音.
トランスデューサの最も一般的な用途は、電気信号を音波に変換することです。 このタイプの変換器は、次のようなさまざまなアプリケーションで使用されます。 オーディオ システム、医療機器、軍用機器.
さあ、探検しましょう トランスデューサの仕組み とそのさまざまな用途。
トランスデューサの仕組み
トランスデューサー 電気信号を音、熱、動きなどの物理量に変換するために一般的に使用される電気装置です。 この変換は、センサーを使用してアナログ信号またはデジタル信号を生成することによって行われます。 アナログ信号は、電圧または電流の読み取り可能な形式に変換されます。 次のようなさまざまなタイプのエネルギー信号を検出するために、さまざまなタイプのトランスデューサが利用可能です。 機械的振動と圧力.
トランスデューサには、ソース (入力)、中間要素 (増幅器)、および検出器 (出力) の XNUMX つの重要な要素が含まれています。 ソースは、圧力、音波、電流などの形でエネルギーを適用します。これらのエネルギーは、中間要素によって検出され、必要に応じて増幅されてから検出されます。 中間要素が入力エネルギーを受け取ると、次のような事前定義されたプロパティも検出します。 周波数と振幅. 検出器はこれらの特性を検出し、さらに使用するために出力段で電圧や電流などの測定可能な物理特性に変換します。
自動化プロセスでは、ロボットなどの操作モジュールが統合されています 電力 トランスデューサを使用して、ロボット アームに作用する外力を検出し、その動作が動作制限内で安全に保たれるようにします。 電力トランスデューサは、産業用制御システムでも使用されます。 電流と電圧を正確に監視する必要がある 自動化プロセスにおける長期的な安定性と精度を実現します。 ホームオートメーションシステムでは、ドアロックは通常、センサーを使用して 誰かがドアに近づいたり、動きが感知されたときに窓を開けたりすると、ライトが点灯します 家庭環境の中。
トランスデューサ信号の種類
トランスデューサ ある形態のエネルギーを別の形態に変換するために使用されるシステムの構成要素です。 それらは、電気、機械、熱、光学などのさまざまな種類の信号を測定、感知、および送信します。 トランスデューサー信号は、主に次の XNUMX つの主要なカテゴリに分類されます。 アナログ & デジタル.
アナログトランスデューサは、環境からのさまざまな物理情報を測定して、そのような情報を電気形式で表すアナログ信号を生成します。 圧力、温度、速度、加速度などのデータは、測定または制御目的でトランスデューサを使用してアナログ信号に変換できます。 アナログ変換器の例としては、 音波を電圧に変換するマイク; 機械振動を電流に変換する圧電加速度計; 温度を検出する熱電対; 等
デジタル トランスデューサは、信号を物理パラメータ (光や音など) からデジタル表現に変換します。デジタル表現は、トランスデューサ自体に取り付けられたデジタル信号プロセッサで処理が完了した後にのみ生成できます。 アナログ信号とは異なり、デジタル信号は、アナログ信号の場合の連続的な電圧または電流レベルではなく、事前定義された状態に対応する 0 や 1 などの離散レベルで構成されます。 デジタル信号処理は、次のような通信システムで広く使用されています。 携帯電話, LEDライトなどのセンサー, 太陽電池パネル など、対応するアナログ データと比較して、デジタル データがネットワーク上を高速で流れます。 これは、単一ビット伝送用の回路を形成するコストが、特定の周波数範囲で音声波形を少しずつ長距離にわたって送信するための回路の形成に関連するコストよりもはるかに低いためです。
アプリケーション
トランスデューサー など、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。 医用画像機器、自動車用センサー、産業用プロセス制御システム. これは、エネルギーをアナログまたはデジタルの XNUMX つの形式から別の形式に変換するデバイスです。 さらに、トランスデューサーは、最新の自動化システムの基盤となっています。 信号変換と信号調整.
トランスデューサーのさまざまなアプリケーションを見てみましょう。
自動車
自動車用トランスデューサ は、正確な性能、小型サイズ、およびコスト効率により、自動車業界でさまざまな用途に広く使用されています。 これらは、車両の監視および制御システムで使用される非常に重要なツールであり、次のようなさまざまなパラメーターを測定します。 温度、圧力、および位置.
トランスデューサは、自動車のエンジンで測定に一般的に使用されています。 コンポーネントの速度、位置 ピストンやカムシャフトなど、 排気圧または汚染物質、温度または流量. トランスデューサは、通常の検査方法では見逃してしまう予期せぬ問題を特定するのに役立ちます。 たとえば、回転速度変換器を使用して、一般的な磨耗、異常燃焼、または位置ずれの問題を示す可能性のあるエンジン RPM の変動を測定できます。
車両の電気システムでは、電子信号を検出し、それがメーカーの仕様の範囲内であるかどうかに関するフィードバックを提供し、車内の電気システムのトラブルシューティングを支援するために使用できます。 典型的なアプリケーションには、測定が含まれます バッテリーの電流と電圧レベル （充電レベルを管理するため）、 燃料レベルセンシング （レベル確度の監視用）および 点火時期検出 ディーゼル エンジンとガソリン エンジンの両方で (最適な燃焼を確保するため)。また、快適性を制御する目的で外気と室内の空気交換率を制御するなど、換気システムにも頻繁に使用されます。
さらに、トランスデューサ技術は、自動化されたロボット組立ラインのワークステーションや、機械で製造された部品の品質管理にセンサが配備されているファクトリ オートメーション システムで使用するために開発されています。 ここでは、トランスデューサーからのデータをコンピューター制御のロボットが取得し、定期的な定期メンテナンス チェックだけでなく、次のような複雑なタスクも実行できます。 アライメントの問題またはシャットダウン関連の障害の診断 生産ライン内。
産業
産業用アプリケーション のトランスデューサは、通常、ファクトリ オートメーション、プロセス制御、およびロボティクスで使用されています。 一般的な産業用センサーは 加速度、運動、振動、圧力/力、温度、変位/距離/位置 と触れます。 これらのタイプのアプリケーションは通常、トランスデューサが監視プロセッサへのフィードバックとして、またはモーターやソレノイドなどのアクチュエータを介して物理プロセスに影響を与える制御回路への入力として、物理エネルギー信号を電気エネルギー信号に変換する一方向通信システムです。
多種多様なセンサー タイプにより、トランスデューサーは、金属の切断および成形、油田の掘削および精錬プロセス (SPM)、溶接システム、および組立機などの多様な産業プロセスに使用できます。 トランスデューサが使用されるアプリケーションのタイプによっては、電気出力信号をある形式のエネルギーから別の適切な形式に変換する必要がある場合があります (温度を圧力に、または変位を速度に).
トランスデューサーは、大規模な自動化された生産施設の「戦略的」ポイントを接続することが多い光ファイバー回線を使用して、複雑なネットワークで相互接続することもできます。 同様に、出力デバイスをプロセッサから接続して、環境からのフィードバックに対応することができます。 産業用トランスデューサの用途は、人間が測定にアクセスできるようにすることから (データ端末ディスプレイ) 許容可能なパラメータに関して、格納されたプログラムに関連する位置データの計算を実行する (閉ループサーボシステム).
医療
トランスデューサは、医療技術でさまざまな用途に使用されています。 そのようなアプリケーションの XNUMX つが 心電図（ECG） 心臓の電気的インパルスを経時的に測定し、グラフとして表示します。 このプロセスでは、電極が手足や胸などの体の領域に配置され、ECG マシンに接続されます。 電極は心臓の電気的活動を検出して、不規則な拍動または心臓活動に関連する他の検出可能な状態を評価する。
トランスデューサが使用される別の医療アプリケーションは、 超音波イメージングとスキャン. これには、超音波プローブと呼ばれる装置を使用して体の特定の部分に高周波の音波を発し、骨、筋肉、腱、靭帯、軟骨、血管などの軟部組織や臓器を示す画像を作成することが含まれます。 これらの画像は、腫瘍や癌などの他の病気の診断など、体内の病気の診断に使用できます。
さらに、トランスデューサは 監視機器 – ある時点から別の時点までの患者の状態に関するリアルタイムの情報を一定期間にわたって提供するデバイス – 以下を含む:
- パルスオキシメータ 血液中の酸素飽和度を測定します。
- EKGモニター 冠状動脈の心拍数またはリズム異常を測定します。
- の監視 温度、呼吸数 その他のバイタルサイン 血圧と血糖値.
家電
家庭用電化製品はその中にあります トランスデューサの最も一般的な用途. これは、トランスデューサーが電気エネルギーを音に変換できるためです。これは、さまざまな種類のオーディオ デバイスのスピーカーで使用できます。 さらに、トランスデューサは、テレビやラジオの信号対雑音比を改善するために、エネルギーをある形態から別の形態に変換するために使用されます。 また、電気信号を増幅できるように音響波に変換する役割も果たします。
他の例としては、電話やヘッドセットでの使用があり、音を増幅するのに役立ちます。 バックグラウンドノイズを減らす. 変換器は、カムコーダーやデジタル カメラなどのビデオ録画機器でも使用され、光信号を電気信号に変換して、デジタル形式で保存したり、コンピューターで操作したりできるようにします。 最後に、医療機器は、多くの場合、トランスデューサ技術を使用して 超音波画像 およびその他の目的。
長所と短所
トランスデューサー ある形のエネルギーを別の形のエネルギーに変換できるデバイスです。 測定など幅広い用途で使用されています。 力、温度、位置、速度、およびその他の物理変数.
この記事では、トランスデューサを使用する利点と欠点について説明します。 トランスデューサの長所と短所を理解することで、さまざまなアプリケーションでの使用について十分な情報に基づいた決定を下すことができます。
Advantages
トランスデューサー 多くの場合、物理量を測定することを目的として、エネルギーをある形態から別の形態に変換するデバイスです。 さまざまな種類の変換器があり、それぞれが特定の目的に適しています。 トランスデューサは、利便性と精度の面で多くの利点を提供し、現代の技術に不可欠なコンポーネントになっています。
トランスデューサの利点は次のとおりです。
- 堅牢性: トランスデューサは、環境条件の影響を比較的受けにくく、極端な温度やその他の危険な条件で使用できます。 それらは通常、寿命にわたってほとんどメンテナンスを必要としません。
- 高速: 多くのセンサーは数ミリ秒以内に読み取り値を提供できるため、必要に応じて応答時間を短縮し、フィードバック制御を行うことができます。
- 多才: プロセス制御測定から医療診断まで、トランスデューサの多くのセンシング機能により、幅広いアプリケーションが可能です。
- 精度: トランスデューサからの出力信号は通常、手動またはその他の信頼性の低い方法で行われた測定に比べて非常に正確です。 測定誤差は、手動による方法よりもはるかに低くなる可能性があります。
- 高い費用対効果: トランスデューサのコストは、技術の進歩により近年劇的に低下し、現在ではほとんどのアプリケーションで利用できるようになっています。
デメリット
トランスデューサ 長所と短所の両方があります。 エネルギーをある形態から別の形態に変換するための便利で効率的かつ費用対効果の高い方法ですが、制限もあります。
トランスデューサの最も顕著な欠点は、その影響を受けやすいことです。 ノイズ干渉. これは、低周波の読み取り値を測定する場合に特に当てはまります。 トランスデューサは、不正確な読み取りや不正確な結果をもたらす他の電気信号によって悪影響を受ける可能性があります。
トランスデューサーのもう XNUMX つの欠点は、 応答時間が遅い 機械装置やアルゴリズムなどの他の形式のエネルギー変換と比較して。 迅速な決定が必要な場合や、高レベルの精度が必要な場合など、特定のアプリケーションでは、トランスデューサ システムよりも従来の方法の方が適している場合があります。
トランスデューサーも必要 専門スキル それらを正しくインストールして操作するには、熟練していない人員が利用できるか、環境が必要とする多くのアプリケーションには適していません。 迅速な展開と簡単な操作 最適なパフォーマンスのために。
まとめ
結論として、 トランスデューサ は、多くの産業やライフスタイル デバイスに不可欠な要素です。 電気エネルギーを機械エネルギーに、またその逆に変換できるため、以前は不可能だった重要な測定を行うことができます。 トランスデューサは幅広いアプリケーション領域をカバーし、相互に組み合わせて使用してより正確な測定を行うことができます。
さまざまなタイプのデザインと用途が異なります。 超音波トランスデューサ に特に役立ちます 非破壊検査 物体に干渉することなく材料の厚さを測定できるためです。 圧電トランスデューサ 機械的歪みを電位に変換し、内臓の鮮明な画像を提供するため、医療画像に適しています。 最後に、 抵抗変換器 温度変化の測定に優れているため、エンジン温度の監視などの自動車用途に適しています。
全体として、変換器は大小を問わず多くの目的を果たします。ユーザーがこれらのデバイスがどのように機能するかを理解して、ニーズに合った適切なタイプを選択できるようにすることが重要です。 技術が進歩するにつれて、トランスデューサ技術に依存する強化されたセンサーを利用する機会が増えるため、この問題について教育を受け続けることが重要です!
私はNeaeraの創設者でありコンテンツマーケティング担当者であるJoostNusselderであり、私の情熱の中心にあるギターを使って新しい機器を試すのが大好きです。私のチームと一緒に、2020年から詳細なブログ記事を作成しています。録音とギターのヒントで忠実な読者を助けるために。
