Түрлендіргіштер энергияны бір түрден екіншісіне түрлендіру үшін қолданылатын электрондық құрылғылар. Олар әртүрлі қолданбаларда қолданылады, бастап медициналық бейнелеуге өнеркәсіптік автоматтандыру.
Бұл мақалада біз түрлендіргіштер деген не және олар қалай қолданылатыны туралы шолу жасаймыз. Біз әртүрлі сипаттайтын боламыз түрлендіргіштердің түрлері, олардың қолданбалары және олар қалай пайдаланылады:
Түрлендіргіштің анықтамасы
Түрлендіргіш энергияны бір түрден екінші түрге түрлендіретін құрылғы. Түрлендіргіштердің көпшілігі түрлендіреді акустикалық немесе механикалық энергия (яғни дыбыс толқындары немесе діріл) электрлік сигналдарға немесе керісінше, бірақ жарықтан, температурадан, қысымнан, магнит өрісінен және позиция айнымалыларынан энергияны өлшенетін электрлік мәндерге түрлендіретіндер де бар.
Жиі қолданылатын түрлендіргіштердің мысалдары мыналарды қамтиды:
- микрофондар акустикалық энергияны электрлік сигналға түрлендіретін;
- дауыс зорайтқыштар электр сигналдарын акустикалық толқындарға түрлендіретін;
- термисторлар температураның ауытқуын өлшенетін кернеуге түрлендіретін;
- пьезоэлектрлік кристалдар механикалық деформацияға жауап ретінде электрлік сигналдарды генерациялай алатын;
- штамм өлшегіштер күш немесе айналу моменті сияқты физикалық ығысудағы кішігірім ауытқуларды анықтауға арналған.
Түрлендіргіштер күнделікті қолдануда кеңінен қолданылады, мысалы телефондар, медициналық бейнелеу және техниканы диагностикалау жүйелері сияқты мамандандырылған мониторинг жүйелері сияқты сейсмографтар және талшықты-оптикалық сигнал беру желілері. Түрлендіргіштер сандық өлшеу әдістерін қолдану арқылы жүйенің физикалық мінез-құлқындағы нәзік өзгерістерді түсіруге мүмкіндік береді. ағынды өлшеу және жұмыс жылдамдығын/температурасын бақылау және т.б.
Түрлендіргіштердің түрлері
Түрлендіргіштер энергияны бір түрден екінші түрге түрлендіретін құрылғылар. Акустикалық жүйелер контекстінде түрлендіргіштер әдетте физикалық энергияны электрлік сигналдарға немесе керісінше - электр энергиясын дыбыс толқындарына түрлендіру үшін қолданылады. Бүгінгі таңда нарықта түрлендіргіштердің көптеген түрлері бар болса да, олардың барлығы бірнеше қарапайым қағидаларға сәйкес жұмыс істейді.
Түрлендіргіштің ең негізгі түрі – а пьезоэлектрлік түрлендіргіш, сондай-ақ контактілі микрофон немесе ретінде белгілі пьезо қысқаша. Пьезотүрлендіргіштер механикалық тербелістерді электрлік сигналдарға түрлендіреді пьезоэлектрлік эффект; электр заряды белгілі бір диэлектрлік материалдар (мысалы, кварц) механикалық кернеуге ұшыраған кезде қысу немесе діріл арқылы пайда болады. Бұл электр заряды одан кейін күшейтіліп, динамиктер немесе құлаққаптар арқылы естілетін дыбысқа түрлендіруге болады.
Түрлендіргіштердің тағы бір танымал түрі болып табылады электромагниттік катушкалар түрлендіргіші – кейде жай ғана деп аталады MIC. Олар сым катушкасымен оралған электромагниттен тұрады; дыбыс толқындары әсер еткенде, бұл катушка өзінің электр тогын жасайды, содан кейін оны динамиктер немесе құлақаспаптар арқылы күшейтуге және беруге болады. Олар пьезо негізіндегі құрылғыларға қарағанда жиілік диапазонында көбірек дәлдікпен жауап беруге бейім болғандықтан, микрофондар әдетте дыбыс жазу студияларында және тікелей эфирлерде қолданылады.
Соңында, бар сандық түрлендіргіш қорап (DAC) түрлендіргіштері; бұл цифрлық ақпаратты өңдеу және оны аналогтық сигналдарға (немесе керісінше) түрлендіру арқылы жұмыс істейді. Бұл құрылғылар Bluetooth қосылымдары сияқты сандық желілер арқылы дыбыстық сигналдарды жіберу үшін өте маңызды; бұл жағдайда сымсыз қосылымдар арқылы тасымалдау алдында сапалы дыбысты ойнатуға кедергі келтіруі мүмкін сигнал бөліктерін сүзу үшін DAC пайдаланылады.
Жұмыс принципі
Түрлендіргіш энергияны бір түрден екіншісіне түрлендіруге арналған құрылғы. сияқты кіріс энергиясын алу арқылы жұмыс істейді электр немесе жарық, және оны түрлендіру механикалық қозғалыс немесе дыбыс.
Түрлендіргіштердің ең кең тараған қолданылуы электрлік сигналдарды дыбыс толқындарына түрлендіру болып табылады. Түрлендіргіштің бұл түрі әртүрлі қолданбаларда, соның ішінде қолданылады аудио жүйелер, медициналық құралдар және әскери құрылғылар.
Енді зерттеп көрейік түрлендіргіш қалай жұмыс істейді және оның әртүрлі қолданылуы.
Түрлендіргіштер қалай жұмыс істейді
Түрлендіргіш электрлік сигналды дыбыс, жылу немесе қозғалыс сияқты физикалық шамаға түрлендіру үшін әдетте қолданылатын электрлік құрылғы. Бұл түрлендіру аналогтық сигналды немесе сандық сигналды шығару үшін сенсорды пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Содан кейін аналогтық сигнал кернеудің немесе токтың оқылатын түріне түрлендіріледі. сияқты энергия сигналдарының әртүрлі түрлерін анықтау үшін түрлендіргіштердің әртүрлі түрлері бар механикалық тербеліс және қысым.
Түрлендіргіштерде үш негізгі элемент бар: көз (кіріс), аралық элемент (күшейткіш) және детектор (шығыс). Көз қысым, дыбыс толқындары, электр тогы және т.б. түріндегі энергияны қолданады, оларды аралық элемент анықтай алады және анықтауға жіберілмес бұрын қажетінше күшейтеді. Аралық элемент кіріс энергиясын алған кезде, ол сондай-ақ сияқты кез келген алдын ала анықталған қасиеттерді анықтайды жиілік пен амплитуда. Детектор бұл қасиеттерді анықтайды, содан кейін оларды одан әрі пайдалану үшін шығыс сатысында кернеу немесе ток сияқты өлшенетін физикалық қасиетке түрлендіреді.
Автоматтандыру процестерінде роботтар сияқты операциялық модульдер біріктірілген күш түрлендіргіштер роботтың қолына әсер ететін сыртқы күштерді анықтай алатындай етіп және оның қозғалысы операциялық шектерде қауіпсіз болуын қамтамасыз етеді. Қуат түрлендіргіштері өндірістік басқару жүйелерінде де қолданылады токтар мен кернеулерді дәл бақылау қажет автоматтандырылған процестердегі ұзақ мерзімді тұрақтылық пен дәлдік үшін. Үйді автоматтандыру жүйелерінде есік құлыптары әдетте сенсорларды пайдаланады біреу есікке жақындағанда шамдарды қосыңыз немесе қозғалыстар сезілгенде терезелерді ашыңыз үй жағдайында.
Түрлендіргіш сигналдарының түрлері
Түрлендіргіштер энергияның бір түрін екіншісіне түрлендіру үшін қолданылатын жүйенің құрамдас бөліктері. Олар электрлік, механикалық, жылулық және оптикалық сияқты әртүрлі сигнал түрлерін өлшейді, сезінеді және жібереді. Түрлендіргіш сигналдар негізінен екі үлкен категорияға бөлінеді: Аналог және сандық.
Аналогтық түрлендіргіштер осындай ақпаратты электрлік форматта көрсететін аналогтық сигналдарды жасау үшін қоршаған ортадан әртүрлі физикалық ақпаратты өлшейді. Қысым, температура, жылдамдық және үдеу сияқты деректерді өлшеу немесе басқару мақсаттары үшін түрлендіргіштер арқылы аналогтық сигналдарға түрлендіруге болады. Аналогтық түрлендіргіштердің мысалдары мыналарды қамтиды дыбыс толқындарын электр кернеуіне түрлендіретін микрофондар; механикалық тербелісті электр тогына түрлендіретін пьезоэлектрлік акселерометрлер; температураны анықтайтын терможұптар; және т.б.
Сандық түрлендіргіштер физикалық параметрлерден (мысалы, жарық немесе дыбыс) сигналды түрлендіргіштің өзіне бекітілген цифрлық сигнал процессорында өңдеу аяқталғаннан кейін ғана жасалуы мүмкін сандық көріністерге түрлендіреді. Аналогтық сигналдардан айырмашылығы, цифрлық сигналдар аналогтардағы үздіксіз кернеу немесе ток деңгейінен гөрі алдын ала анықталған күйге сәйкес келетін 0 және 1 сияқты дискретті деңгейлерден тұрады. Сандық сигналдарды өңдеу телекоммуникациялық жүйелерде кеңінен қолданылады ұялы телефондар, жарықдиодты шамдар сияқты сенсорлар, күн панельдері т.б., мұнда цифрлық деректер аналогтық деректермен салыстырғанда жоғары жылдамдықпен желілер арқылы өтеді. Бұл бір разрядты беру үшін тізбектерді қалыптастыру құнының қашықтан белгілі бір жиілік диапазонында дыбыстық толқын пішінін бөлшектеп жіберуге арналған тізбектерді қалыптастыруға қарағанда әлдеқайда аз болғандықтан.
Бағдарламалар
Түрлендіргіш сияқты әр түрлі қолданбалы салаларда кеңінен қолданылады медициналық бейнелеу құрылғылары, автомобиль сенсорлары және өнеркәсіптік процесті басқару жүйелері. Бұл энергияны аналогтық немесе цифрлық түрден екінші түрге түрлендіретін құрылғы. Сонымен қатар, түрлендіргіштер кез келген заманауи автоматтандыру жүйесінің негізі болып табылады, өйткені олар пайдаланылады сигналды түрлендіру және сигналды кондициялау.
Түрлендіргіштердің әртүрлі қолданбаларын қарастырайық:
Автокөлік
Автокөлік түрлендіргіштері дәл өнімділігі, шағын өлшемдері және үнемділігі арқасында автомобиль өнеркәсібінде әртүрлі қолданбалар үшін кеңінен қолданылады. Олар көлік құралдарын бақылау және басқару жүйелерінде әртүрлі параметрлерді өлшеу үшін қолданылатын өте маңызды құралдар болып табылады температура, қысым және позиция.
Өлшеу үшін түрлендіргіштер әдетте автомобиль қозғалтқыштарында қолданылады жылдамдығы, құрамдас бөліктерінің орналасуы поршеньдер немесе таратқыштар сияқты, шығатын қысым немесе ластаушы заттар, температура немесе ағын жылдамдығы. Түрлендіргіштер қарапайым тексеру әдістері жіберіп алатын күтпеген мәселелерді анықтауға көмектеседі. Мысалы, айналу жылдамдығының түрлендіргішін қозғалтқыштың айналу жылдамдығының кез келген ауытқуын өлшеу үшін пайдалануға болады, ол жалпы тозуды, қалыпты жануды немесе тураланбау мәселелерін көрсетуі мүмкін.
Көлік құралының электр жүйесінде олар электронды сигналдарды анықтау және оның өндірушінің техникалық сипаттамаларына сәйкес келетін-келмейтіні туралы кері байланысты қамтамасыз ету және автомобильдегі электр жүйелерінің ақаулықтарын жоюға көмектесу үшін пайдаланылуы мүмкін. Типтік қолданбаларға өлшеу кіреді батареяның ток және кернеу деңгейлері (зарядтау деңгейлерін басқару үшін), отын деңгейін анықтау (деңгейдің дәлдігін бақылау үшін), сондай-ақ тұтану уақытын анықтау дизельдік және бензин қозғалтқыштарында (оңтайлы жануды қамтамасыз ету үшін.) Олар сондай-ақ жайлылықты бақылау мақсатында сыртқы ауа мен ішкі кабиналар арасындағы ауа алмасу жылдамдығын бақылауды қоса алғанда, желдету жүйелерінде жиі қолданылады.
Сонымен қатар, датчиктер автоматтандырылған құрастыру желісінің жұмыс станциялары үшін орналастырылған зауыттық автоматтандыру жүйелерінде, сондай-ақ машиналар шығаратын бөлшектердің сапасын бақылау үшін түрлендіргіш технологиясы әзірленуде. Мұнда түрлендіргіштерден алынған деректерді жүйелі түрде жоспарланған техникалық қызмет көрсету тексерулерін ғана емес, сонымен қатар күрделі тапсырмаларды орындайтын компьютермен басқарылатын роботтар түсіре алады. туралау мәселелерін немесе өшіруге байланысты ақауларды диагностикалау өндірістік желілерде.
индустриялық
Өнеркәсіптік қолданбалар түрлендіргіштер әдетте зауыттық автоматтандыруда, процестерді басқаруда және робототехникада кездеседі. Жалпы өнеркәсіптік сенсорлар үдеу, қозғалыс, діріл, қысым/күш, температура, орын ауыстыру/қашықтық/позиция және түртіңіз. Қолданбалардың бұл түрлері әдетте түрлендіргіш бақылау процессорына кері байланыс немесе қозғалтқыштар немесе соленоидтар сияқты жетектер арқылы физикалық процеске әсер ететін басқару схемасына кіріс ретінде физикалық электр энергиясына сигналдарды түрлендіретін бір жақты байланыс жүйелері болып табылады.
Сенсор түрлерінің алуан түрлілігі түрлендіргіштерді металл кесу және қалыптау, мұнай кәсіпшілігін бұрғылау және өңдеу процестері (SPM), дәнекерлеу жүйелері және құрастыру машиналары сияқты әртүрлі өндірістік процестер үшін пайдалануға мүмкіндік береді. Түрлендіргіш қолданылатын қолданба түріне байланысты электрлік шығыс сигналын энергияның бір түрінен басқа қолайлы түрге түрлендіру қажет болуы мүмкін (температураны қысымға немесе ығысуды жылдамдыққа айналдырады).
Түрлендіргіштерді тіпті ірі автоматтандырылған өндірістердегі «стратегиялық» нүктелерді жиі байланыстыратын талшықты-оптикалық желілері бар күрделі желілерде де қосуға болады. Қоршаған ортадан кері байланыс бойынша әрекет ету үшін шығыс құрылғыларын процессорлардан кері қосуға болады. Өнеркәсіптік түрлендіргіш қолданбалары өлшемдерді адамдарға қолжетімді етуден бастап (деректер терминалының дисплейі) қолайлы параметрлерге қатысты сақталған бағдарламаларға қатысты позициялық деректер бойынша есептеулерді орындауға (тұйық контурлы сервожүйелер).
медициналық
Медициналық технологияда түрлендіргіштер әртүрлі қолданбалар үшін қолданылады. Сондай қолданбалардың бірі электрокардиография (ЭКГ) ол уақыт бойынша жүректің электрлік импульстарын өлшейді және оны график түрінде көрсетеді. Бұл процесте электродтар дененің аяқ-қолдары немесе кеуде бөліктері сияқты аймақтарына орналастырылады және оларды ЭКГ аппаратына апарады. Электродтар жүректің электрлік белсенділігін кез келген ретсіз соғуды немесе жүрек қызметімен байланысты кез келген басқа анықталатын жағдайды бағалау үшін анықтайды.
Басқа медициналық қолданбалы түрлендіргіштер үшін пайдаланылады ультрадыбыстық бейнелеу және сканерлеу. Бұл жұмсақ тіндер мен сүйектер, бұлшықеттер, сіңірлер, байламдар, шеміршек және қан тамырлары сияқты органдарды көрсететін кескіндерді жасау үшін дененің белгілі бір бөліктеріне жоғары жиілікті дыбыс толқындарын шығару үшін ультрадыбыстық зонд деп аталатын құрылғыны пайдалануды қамтиды. Бұл кескіндерді ісіктерді немесе қатерлі ісік сияқты басқа ауруларды диагностикалау сияқты денедегі ауруларды диагностикалау үшін пайдалануға болады.
Сонымен қатар, түрлендіргіштер қолданылады бақылау құралдары – белгілі бір уақыт аралығында бір сәттен екіншісіне науқастың жағдайы туралы нақты уақыт режимінде ақпарат беретін құрылғылар – соның ішінде:
- Импульстік оксиметрлер қандағы оттегінің қанығу деңгейін өлшейтін.
- ЭКГ мониторлары коронарлық жүрек соғу жиілігін немесе ырғақ бұзылыстарын өлшейтін.
- үшін мониторлар температура, тыныс алу жиілігі және басқа да өмірлік маңызды белгілер қан қысымы және глюкоза деңгейі.
Consumer Electronics
Олардың қатарында тұрмыстық электроника бар түрлендіргіштердің кең тараған қолданбалары. Өйткені түрлендіргіштер электр энергиясын дыбысқа түрлендіруге қабілетті, содан кейін оны әр түрлі аудио құрылғыларындағы динамиктер пайдалана алады. Сонымен қатар, түрлендіргіштер теледидар мен радиоқұрылғылардағы сигнал-шу қатынасын жақсарту үшін энергияны бір түрден екіншісіне түрлендіру үшін қолданылады. Олар сондай-ақ электрондық сигналдарды күшейту үшін акустикалық толқындарға түрлендіруде рөл атқарады.
Басқа мысалдар олардың телефондар мен гарнитураларда қолданылуын қамтиды, олар дыбысты күшейтуге көмектеседі, сонымен қатар фондық шуды азайту. Түрлендіргіштер сонымен қатар бейнекамералар мен сандық камералар сияқты бейне жазба жабдықтарында оптикалық сигналдарды электрлік сигналдарға түрлендіру үшін қолданылады, осылайша олар цифрлық түрде сақталады немесе компьютермен өңделеді. Соңында, медициналық жабдық жиі түрлендіргіш технологиясын пайдаланады ультрадыбыстық бейнелеу және басқа мақсаттар.
Артылықшылықтар мен кемшіліктер
Түрлендіргіш энергияның бір түрін басқа энергия түріне айналдыра алатын құрылғы. Ол өлшеу сияқты көптеген қолданбаларда қолданылады күш, температура, позиция, жылдамдық және басқа физикалық айнымалылар.
Бұл мақалада біз түрлендіргіштерді пайдаланудың артықшылықтары мен кемшіліктерін талқылаймыз. Түрлендіргіштің артықшылықтары мен кемшіліктерін түсіну арқылы оны әртүрлі қолданбаларда пайдалану туралы саналы шешім қабылдауға болады.
артықшылықтары
Түрлендіргіш энергияны бір түрден екінші түрге түрлендіретін құрылғы, көбінесе физикалық шаманы өлшеу мақсатымен. Түрлендіргіштердің көптеген түрлері бар, олардың әрқайсысы белгілі бір мақсатқа сай келеді. Түрлендіргіштер ыңғайлылық пен дәлдік тұрғысынан көптеген артықшылықтарды ұсынады және заманауи технологияның таптырмас құрамдас бөліктеріне айналды.
Түрлендіргіштердің артықшылықтарына мыналар жатады:
- Төзімділік: Түрлендіргіштер қоршаған орта жағдайларына салыстырмалы түрде сезімтал емес және оларды төтенше температурада және басқа қауіпті жағдайларда пайдалануға болады. Олар әдетте қызмет ету мерзімі ішінде аз күтімді қажет етеді.
- жоғары жылдамдықты: Көптеген сенсорлар миллисекундтар ішінде көрсеткіштерді қамтамасыз ете алады, бұл қажет болған жағдайда жылдам жауап беру уақытына және кері байланысты басқаруға мүмкіндік береді.
- Әдептілік: Түрлендіргіштердің көптеген сезу мүмкіндіктерінің арқасында қолданбалардың кең ауқымы мүмкін, процесті бақылау өлшемдерінен медициналық диагностикаға дейін.
- дәлдік: Түрлендіргіштің шығыс сигналы әдетте қолмен немесе басқа сенімді емес құралдармен жасалған өлшемдерге қарағанда өте дәл. Өлшеу қателері қолмен орындалатын әдістерден әлдеқайда төмен болуы мүмкін.
- Шығындардың тиімділігі: Түрлендіргіштердің құны соңғы жылдары технологияның жетістіктеріне байланысты күрт төмендеді, бұл қазір оларды көптеген қолданбалар үшін қолжетімді етеді.
кемшіліктері
Түрлендіргіштер артықшылықтары да, кемшіліктері де бар. Олар энергияны бір түрден екіншісіне түрлендірудің ыңғайлы, тиімді және үнемді тәсілі болғанымен, олардың шектеулері бар.
Түрлендіргіштердің ең маңызды кемшілігі олардың сезімталдығы болып табылады шу кедергісі. Бұл әсіресе төмен жиілікті көрсеткіштерді өлшегенде дұрыс. Түрлендіргіштерге басқа электрлік сигналдар теріс әсер етуі мүмкін, бұл дұрыс емес көрсеткіштерге және дұрыс емес нәтижелерге әкеледі.
Түрлендіргіштердің тағы бір кемшілігі олардың салыстырмалы түрде болуы баяу жауап беру уақыты механикалық құрылғылар немесе алгоритмдер сияқты энергияны түрлендірудің басқа түрлерімен салыстырғанда. Белгілі бір қолданбаларда, мысалы, жылдам шешімдер қажет болғанда немесе жоғары дәлдік қажет болғанда, дәстүрлі әдістер түрлендіргіш жүйелерге қарағанда қолайлырақ болуы мүмкін.
Түрлендіргіштер де қажет арнайы дағдылар оларды дұрыс орнату және пайдалану, бұл оларды біліктілігі жоқ персонал бар немесе қоршаған орта қажет ететін көптеген қолданбалар үшін жарамсыз етеді жылдам орналастыру және оңай пайдалану оңтайлы өнімділік үшін.
қорытынды
Қорытындысында, түрлендіргіштер көптеген салалар мен өмір салты құрылғыларының маңызды элементі болып табылады. Олар электр энергиясын механикалық энергияға және керісінше айналдыра алады, бұл бұрын мүмкін болмаған маңызды өлшемдерді алуға мүмкіндік береді. Түрлендіргіштер қолданудың кең ауқымын қамтиды және дәлірек өлшемдерді алу үшін бір-бірімен үйлесімде пайдаланылуы мүмкін.
Әртүрлі түрлері дизайн және пайдалану бойынша әр түрлі болады; Ультрадыбыстық түрлендіргіштер үшін әсіресе пайдалы бұзбайтын сынақ затқа ешқандай кедергі жасамай материалдың қалыңдығын өлшеу қабілетіне байланысты. Пьезоэлектрлік түрлендіргіштер механикалық штаммдарды электрлік потенциалға айналдырады, бұл оларды медициналық бейнелеуге жарамды етеді, өйткені олар ішкі ағзалардың анық кескіндерін қамтамасыз етеді. Ақырында, резистивтік түрлендіргіштер температураның өзгеруін өлшеу үшін тамаша, бұл оларды қозғалтқыш температурасын бақылау сияқты автомобильде пайдалану үшін қолайлы етеді.
Тұтастай алғанда, түрлендіргіштер үлкен де, кіші де көптеген мақсаттарға қызмет етеді және пайдаланушылар өздерінің қажеттіліктері үшін дұрыс типті таңдай алуы үшін бұл құрылғылардың қалай жұмыс істейтінін түсіну маңызды. Технология дамыған сайын адамдар үшін түрлендіргіш технологиясына сүйенетін жетілдірілген сенсорларды пайдалану мүмкіндігі көбірек болады, сондықтан бұл мәселе бойынша білімді болу маңызды!
Мен Joost Nusselder, Neaera компаниясының негізін қалаушы және контент маркетологымын, әкем және менің құмарлығымның негізінде гитарамен жаңа жабдықты сынап көргенді ұнатамын және менің командаммен бірге мен 2020 жылдан бері тереңдетілген блог мақалаларын жасаймын. адал оқырмандарға жазба және гитара кеңестерімен көмектесу.
