Davikliai yra elektroniniai prietaisai, naudojami energijai paversti iš vienos formos į kitą. Jie naudojami įvairiose srityse, nuo pramoninis automatizavimas iki medicininio vaizdo gavimo.
Šiame straipsnyje apžvelgsime, kas yra keitikliai ir kaip jie naudojami. Mes apimsime skirtingus dalykus keitiklių tipai, jų taikomosios programos ir kaip jie naudojami:
Keitiklio apibrėžimas
Keitiklis yra prietaisas, paverčiantis energiją iš vienos formos į kitą. Dauguma keitiklių konvertuoja akustinė ar mechaninė energija (ty garso bangos arba vibracija) į elektrinius signalus arba atvirkščiai, nors yra ir tokių, kurie gali paversti energiją iš šviesos, temperatūros, slėgio, magnetinio lauko ir padėties kintamųjų į išmatuojamas elektrines vertes.
Dažniausiai naudojamų keitiklių pavyzdžiai:
- mikrofonai kurie paverčia akustinę energiją elektriniais signalais;
- garsiakalbiai kurie paverčia elektrinius signalus į akustines bangas;
- termistoriai kurios paverčia temperatūros svyravimus į išmatuojamą įtampą;
- pjezoelektriniai kristalai kurios gali generuoti elektrinius signalus reaguodamos į mechaninę deformaciją;
- įtempimo matuokliai aptikti nedidelius fizinio poslinkio pokyčius, tokius kaip jėga ar sukimo momentas.
Keitikliai plačiai naudojami kasdienėse srityse, pvz telefonai, medicininės vaizdo gavimo ir mašinų diagnostikos sistemos taip pat specializuotos stebėjimo sistemos, pvz seismografai ir šviesolaidiniai signalų perdavimo tinklai. Keitikliai leidžia užfiksuoti subtilius sistemos fizinės elgsenos pokyčius, naudojant kiekybinius matavimo metodus, pvz. srauto matavimas ir eksploatacinių greičių/temperatūros stebėjimas ir taip toliau
Keitiklių tipai
Davikliai yra įrenginiai, paverčiantys energiją iš vienos formos į kitą. Akustinių sistemų kontekste keitikliai dažniausiai naudojami fizinei energijai paversti elektriniais signalais arba atvirkščiai – elektrą garso bangomis. Nors šiandien rinkoje yra daugybė keitiklių tipų, jie visi veikia pagal kelis paprastus principus.
Pats paprasčiausias keitiklio tipas yra a pjezoelektrinis rele, taip pat žinomas kaip kontaktinis mikrofonas arba pjezo trumpiau tariant. Pjezo keitikliai mechaninius virpesius paverčia elektriniais signalais, naudodami pjezoelektrinis efektas; elektros krūvis susidaro dėl suspaudimo arba vibracijos, kai tam tikros dielektrinės medžiagos (pvz., kvarcas) yra veikiamos mechaninio įtempimo. Tada šis elektros krūvis gali būti sustiprintas ir paverstas girdimu garsu per garsiakalbius ar ausines.
Kitas populiarus keitiklių tipas yra elektromagnetinės ritės keitiklis – kartais vadinama tiesiog a mikrofonas. Juos sudaro elektromagnetas, apvyniotas vielos ritė; veikiama garso bangų, ši ritė sukurs savo elektros srovę, kuri vėliau gali būti sustiprinta ir perduodama per garsiakalbius ar ausines. Kadangi jie linkę reaguoti tiksliau visuose dažnių diapazonuose nei pjezo įrenginiai, mikrofonai dažniausiai naudojami įrašų studijose ir gyvuose pasirodymuose.
Galiausiai yra Skaitmeninio konverterio dėžutės (DAC) keitikliai; šie veikia apdorodami skaitmeninę informaciją ir konvertuodami ją į analoginius signalus (arba atvirkščiai). Šie įrenginiai yra būtini perduodant garso signalus skaitmeniniais tinklais, pvz., „Bluetooth“ jungtimis; Šiuo atveju DAC būtų naudojamas išfiltruoti signalo dalis, kurios gali trukdyti kokybiškam garso atkūrimui prieš perduodant belaidžiu ryšiu.
Veikimo principas
Keitiklis yra prietaisas, naudojamas energijai paversti iš vienos formos į kitą. Jis veikia paimdamas įvesties energiją, pvz elektros ar šviesos, ir konvertuoti į mechaninis judesys ar garsas.
Dažniausias keitiklių panaudojimas yra elektros signalų pavertimas garso bangomis. Šio tipo keitikliai naudojami įvairiose srityse, įskaitant garso sistemos, medicinos instrumentai ir kariniai prietaisai.
Dabar patyrinėkime kaip veikia keitiklis ir įvairūs jo panaudojimo būdai.
Kaip veikia keitikliai
Keitiklis yra elektrinis prietaisas, dažniausiai naudojamas elektros signalui paversti fiziniu dydžiu, pavyzdžiui, garsu, šiluma ar judesiu. Šis konvertavimas atliekamas naudojant jutiklį analoginiam arba skaitmeniniam signalui generuoti. Tada analoginis signalas konvertuojamas į nuskaitomą įtampos arba srovės formą. Yra įvairių tipų keitikliai, skirti aptikti įvairių tipų energijos signalus, pvz mechaninės vibracijos ir slėgis.
Keitiklius sudaro trys pagrindiniai elementai: šaltinis (įvestis), tarpinis elementas (stiprintuvas) ir detektorius (išvestis). Šaltinis naudoja energiją slėgio, garso bangų, elektros srovės ir kt. pavidalu, kurią gali aptikti tarpinis elementas ir, jei reikia, sustiprinti prieš siunčiant aptikti. Kai tarpinis elementas gauna įvesties energiją, jis taip pat aptinka bet kokias iš anksto nustatytas savybes, pvz dažnis ir amplitudė. Detektorius aptinka šias savybes ir paverčia jas atgal į išmatuojamą fizinę savybę, pvz., įtampą ar srovę išėjimo stadijoje, kad būtų galima naudoti toliau.
Automatizavimo procesuose yra integruoti tokie valdymo moduliai kaip robotai galia keitiklius, kad jie galėtų aptikti išorines jėgas, veikiančias roboto ranką, ir užtikrinti, kad jo judėjimas būtų saugus veikimo ribose. Galios keitikliai taip pat naudojami pramoninėse valdymo sistemose, kur reikia tiksliai stebėti sroves ir įtampą ilgalaikiam stabilumui ir tikslumui automatizuotuose procesuose. Namų automatikos sistemose durų spynos paprastai naudoja jutiklius įjunkite šviesą, kai kas nors priartėja prie durų arba atidarykite langus, kai jaučiate judesius namų aplinkoje.
Keitiklio signalų tipai
Davikliai yra sistemos komponentai, naudojami vienai energijos rūšiai paversti kita. Jie matuoja, jaučia ir perduoda įvairių tipų signalus, tokius kaip elektriniai, mechaniniai, šiluminiai ir optiniai. Keitiklio signalai daugiausia skirstomi į dvi pagrindines kategorijas: analogas ir skaitmeninis.
Analoginiai keitikliai matuoja įvairią fizinę informaciją iš aplinkos, kad generuotų analoginius signalus, kurie tokią informaciją atspindi elektriniu formatu. Duomenys, tokie kaip slėgis, temperatūra, greitis ir pagreitis, gali būti konvertuojami į analoginius signalus naudojant keitiklius matavimo ar valdymo tikslais. Analoginių keitiklių pavyzdžiai apima mikrofonai, paverčiantys garso bangas į elektros įtampą; pjezoelektriniai akselerometrai, kurie mechaninę vibraciją paverčia elektros srove; termoporos, kurios nustato temperatūrą; ir tt
Skaitmeniniai keitikliai paverčia signalą iš fizinių parametrų (pvz., šviesos ar garso) į skaitmeninius vaizdus, kuriuos galima sukurti tik užbaigus apdorojimą skaitmeniniame signalo procesoriuje, prijungtame prie paties keitiklio. Skirtingai nuo analoginių signalų, skaitmeninius signalus sudaro atskiri lygiai, tokie kaip 0s ir 1s, atitinkantys tam tikrą iš anksto nustatytą būseną, o ne nuolatinis įtampos ar srovės lygis analoginių signalų atveju. Skaitmeninis signalų apdorojimas plačiai naudojamas tokiose telekomunikacijų sistemose kaip mobiliuosius telefonus, jutikliai, tokie kaip LED lemputės, saulės kolektorių ir tt, kur skaitmeniniai duomenys tinkluose teka didesniu greičiu, palyginti su analoginiais duomenimis. Taip yra todėl, kad vieno bito perdavimo grandinių formavimo kaina yra daug mažesnė nei grandinės, skirtos garso bangos formai siųsti po gabalėlį tam tikru dažnių diapazonu per atstumą, sudarymo kaina.
Programos
Keitiklis yra plačiai naudojamas įvairiose srityse, pvz medicininiai vaizdo gavimo prietaisai, automobilių jutikliai ir pramoninių procesų valdymo sistemos. Tai įrenginys, kuris paverčia energiją iš vienos formos, analoginės ar skaitmeninės, į kitą. Be to, keitikliai yra bet kurios modernios automatikos sistemos pagrindas, nes jie naudojami signalo konvertavimas ir signalo kondicionavimas.
Išnagrinėkime įvairius keitiklių pritaikymus:
Automobiliai
Automobilių keitikliai Dėl tikslaus veikimo, mažo dydžio ir ekonomiškumo yra plačiai naudojami automobilių pramonėje įvairioms reikmėms. Tai itin svarbios priemonės, naudojamos transporto priemonių stebėjimo ir valdymo sistemose, matuojant įvairius parametrus, pvz temperatūra, slėgis ir padėtis.
Matavimui automobilių varikliuose dažniausiai naudojami keitikliai greitis, komponentų padėtis pvz., stūmokliai ar skirstomieji velenai, išmetamųjų dujų slėgis arba teršalai, temperatūra arba srautas. Keitikliai gali padėti nustatyti nenumatytas problemas, kurių įprasti tikrinimo metodai nepastebėtų. Pavyzdžiui, sukimosi greičio keitiklis gali būti naudojamas bet kokiems variklio sūkių skaičiaus svyravimams matuoti, kurie gali rodyti bendrą nusidėvėjimą, nenormalų degimą arba nesutapimo problemas.
Transporto priemonės elektros sistemoje jie gali būti naudojami aptikti elektroninius signalus ir pateikti grįžtamąjį ryšį, ar jie atitinka gamintojo specifikacijas, ir padėti pašalinti automobilio elektros sistemų triktis. Įprastas pritaikymas apima matavimą akumuliatoriaus srovės ir įtampos lygiai (įkrovimo lygiams valdyti), degalų lygio jutimas (stebėti lygio tikslumą), taip pat uždegimo laiko aptikimas tiek dyzeliniuose, tiek benzininiuose varikliuose (siekiant užtikrinti optimalų degimą). Jie taip pat dažnai naudojami vėdinimo sistemose, įskaitant oro mainų tarp lauko oro ir vidaus kabinų reguliavimą komforto kontrolės tikslais.
Be to, kuriama keitiklių technologija, skirta naudoti gamyklų automatizavimo sistemose, kur jutikliai yra dislokuoti automatizuotose robotizuotose surinkimo linijos darbo vietose, taip pat mašinų gaminamų dalių kokybės kontrolei. Čia duomenis iš keitiklių gali užfiksuoti kompiuteriu valdomi robotai, atliekantys ne tik reguliarius suplanuotus techninės priežiūros patikrinimus, bet ir sudėtingas užduotis, pvz. diagnozuoti suderinimo problemas arba su išjungimu susijusius gedimus gamybos linijose.
Pramoninis
Pramoniniai pritaikymai keitiklių paprastai randama gamyklos automatizavimo, procesų valdymo ir robotikos srityse. Įprasti pramoniniai jutikliai pagreitis, judėjimas, vibracija, slėgis / jėga, temperatūra, poslinkis / atstumas / padėtis ir liesti. Tokio tipo programos paprastai yra vienpusio ryšio sistemos, kuriose keitiklis paverčia fizinius į elektros energijos signalus kaip grįžtamąjį ryšį į stebėjimo procesorių arba kaip įvestį į valdymo grandinę, kuri veikia fizinį procesą per pavaras, tokias kaip varikliai ar solenoidai.
Didelė jutiklių tipų įvairovė leidžia keitiklius naudoti įvairiems pramoniniams procesams, tokiems kaip metalo pjovimas ir formavimas, naftos telkinių gręžimo ir rafinavimo procesai (SPM), suvirinimo sistemos ir surinkimo mašinos. Priklausomai nuo pritaikymo, kuriam naudojamas keitiklis, tipo, gali prireikti vienos energijos formos elektros išvesties signalą konvertuoti į kitą tinkamą formą (temperatūra paverčia slėgį arba poslinkis į greitį).
Keitiklius netgi galima sujungti sudėtinguose tinkluose su šviesolaidinėmis linijomis, dažnai jungiančiomis „strateginius“ taškus didelėse automatizuotose gamybos patalpose. Išvesties įrenginius galima panašiai prijungti atgal nuo procesorių, kad būtų imtasi veiksmų atsižvelgiant į grįžtamąjį ryšį iš aplinkos. Pramoniniai keitikliai taikomi įvairiais būdais, pradedant nuo matavimų prieinamumo žmonėms (duomenų terminalo ekranas) atlikti padėties duomenų, susijusių su saugomomis programomis, skaičiavimus dėl priimtinų parametrų (uždaro ciklo servosistemos).
medicinos
Keitikliai naudojami medicinos technologijose įvairioms reikmėms. Viena iš tokių programų yra elektrokardiografija (EKG) kuris matuoja širdies elektrinius impulsus laikui bėgant ir parodo jį kaip grafiką. Šio proceso metu elektrodai dedami ant kūno vietų, tokių kaip galūnės ar krūtinė, ir nukreipiami į EKG aparatą. Elektrodai nustato elektrinį širdies aktyvumą, kad būtų galima įvertinti bet kokį nereguliarų plakimą ar bet kokią kitą aptinkamą būklę, susijusią su širdies veikla.
Kiti medicinos reikmėms naudojami keitikliai ultragarsinis vaizdavimas ir skenavimas. Tai apima prietaiso, vadinamo ultragarso zondu, naudojimą, skleidžiantį aukšto dažnio garso bangas tam tikrose kūno vietose, kad būtų sukurti vaizdai, rodantys minkštuosius audinius ir organus, tokius kaip kaulai, raumenys, sausgyslės, raiščiai, kremzlės ir kraujagyslės. Šie vaizdai gali būti naudojami diagnozuojant kūno negalavimus, pvz., diagnozuojant navikus ar kitas ligas, pvz., vėžį.
Be to, naudojami keitikliai stebėjimo prietaisai – prietaisai, kurie realiuoju laiku teikia informaciją apie paciento būklę nuo vieno momento iki kito per tam tikrą laikotarpį, įskaitant:
- Pulso oksimetrai kurie matuoja deguonies prisotinimo lygį kraujyje.
- EKG monitoriai kurie matuoja koronarinį širdies susitraukimų dažnį ar ritmo sutrikimus.
- Monitoriai, skirti temperatūra, kvėpavimo dažnis ir kitus gyvybinius požymius, pvz kraujospūdis ir gliukozės kiekis.
Buitinė elektronika
Buitinė elektronika yra tarp dažniausiai naudojami keitikliai. Taip yra todėl, kad keitikliai gali paversti elektros energiją į garsą, kurį vėliau gali naudoti įvairių tipų garso įrenginių garsiakalbiai. Be to, keitikliai naudojami energijai konvertuoti iš vienos formos į kitą, siekiant pagerinti signalo ir triukšmo santykį televizoriuose ir radijo imtuvuose. Jie taip pat atlieka vaidmenį paverčiant elektroninius signalus į akustines bangas, kad juos būtų galima sustiprinti.
Kiti pavyzdžiai yra jų naudojimas telefonuose ir ausinėse, kur jie padeda sustiprinti garsą ir taip pat sumažinti foninį triukšmą. Keitikliai taip pat naudojami vaizdo įrašymo įrangoje, pavyzdžiui, vaizdo kamerose ir skaitmeninėse kamerose, optiniams signalams paversti elektriniais, kad vėliau juos būtų galima saugoti skaitmeniniu būdu arba manipuliuoti kompiuteriu. Galiausiai medicinos įranga dažnai naudoja keitiklių technologiją ultragarsinis vaizdas ir kitais tikslais.
Privalumai ir trūkumai
Keitiklis yra prietaisas, galintis paversti vieną energijos formą kita energija. Jis naudojamas įvairiose srityse, pavyzdžiui, matavimui jėga, temperatūra, padėtis, greitis ir kiti fiziniai kintamieji.
Šiame straipsnyje aptarsime keitiklių naudojimo pranašumus ir trūkumus. Suprasdami keitiklio privalumus ir trūkumus, galite priimti pagrįstą sprendimą dėl jo naudojimo įvairiose programose.
Privalumai
Keitiklis yra prietaisas, paverčiantis energiją iš vienos formos į kitą, dažnai turintis tikslą išmatuoti fizinį dydį. Yra daug skirtingų tipų keitiklių, kurių kiekvienas tinka tam tikram tikslui. Keitikliai turi daug patogumo ir tikslumo pranašumų ir tapo nepakeičiamais šiuolaikinių technologijų komponentais.
Tarp keitiklių pranašumai yra šie:
- Tvirtumas: Keitikliai yra gana nejautrūs aplinkos sąlygoms ir gali būti naudojami esant ekstremalioms temperatūroms ir kitoms pavojingoms sąlygoms. Paprastai per visą savo tarnavimo laiką jiems reikia mažai priežiūros.
- Didelis greitis: Daugelis jutiklių gali pateikti rodmenis per milisekundes, todėl galima greitai atsakyti ir, jei reikia, valdyti grįžtamąjį ryšį.
- Universalumas: Dėl daugybės keitiklių jutimo galimybių galimas platus pritaikymo spektras – nuo proceso valdymo matavimų iki medicininės diagnostikos.
- Tikslumas: keitiklio išvesties signalas paprastai yra labai tikslus, palyginti su matavimais, atliktais ranka ar kitomis mažiau patikimomis priemonėmis. Matavimo paklaidos gali būti daug mažesnės nei rankinio metodo paklaidos.
- Kainos efektyvumas: keitiklių sąnaudos pastaraisiais metais smarkiai sumažėjo dėl technologijų pažangos, dėl kurios dabar jie yra prieinami daugeliui programų.
Trūkumai
Davikliai turi ir privalumų, ir trūkumų. Nors jie yra patogus, efektyvus ir ekonomiškas būdas konvertuoti energiją iš vienos formos į kitą, jie turi apribojimų.
Ryškiausias keitiklių trūkumas yra jų jautrumas triukšmo trukdžiai. Tai ypač aktualu matuojant žemo dažnio rodmenis. Keitiklius gali neigiamai paveikti kiti elektriniai signalai, dėl kurių gaunami netikslūs rodmenys ir netikslūs rezultatai.
Kitas keitiklių trūkumas yra jų santykinai lėtas reakcijos laikas palyginti su kitomis energijos konvertavimo formomis, tokiomis kaip mechaniniai įrenginiai ar algoritmai. Tam tikrose programose, pavyzdžiui, kai reikia greitai priimti sprendimus arba kai reikalingas didelis tikslumas, tradiciniai metodai gali būti tinkamesni nei keitiklių sistemos.
Keitikliai taip pat reikalauja specializuotų įgūdžių tinkamai juos įdiegti ir naudoti, todėl jie netinkami daugeliui programų, kur yra nekvalifikuotų darbuotojų arba to reikalauja aplinka. greitas diegimas ir paprastas valdymas optimaliam veikimui.
Išvada
Taigi, keitikliai yra esminis daugelio pramonės šakų ir gyvenimo būdo prietaisų elementas. Jie gali paversti elektros energiją mechanine energija ir atvirkščiai, todėl galima atlikti svarbius matavimus, kurių anksčiau nebuvo įmanoma. Keitikliai apima daugybę pritaikymo sričių ir gali būti naudojami kartu, kad būtų galima atlikti tikslesnius matavimus.
Skirtingų tipų dizainas ir naudojimas skiriasi; Ultragarsiniai keitikliai yra ypač naudingi neardomieji bandymai dėl jų gebėjimo išmatuoti medžiagos storį niekaip nesikišant į objektą. Pjezoelektriniai keitikliai paverčia mechaninę įtampą elektriniu potencialu, todėl jie yra tinkami medicininiam vaizdavimui, nes suteikia aiškų vidaus organų vaizdą. Galiausiai, varžiniai keitikliai puikiai tinka temperatūros pokyčiams matuoti, todėl jie tinkami naudoti automobiliuose, pavyzdžiui, stebėti variklio temperatūrą.
Apskritai keitikliai tarnauja daugeliui didelių ir mažų tikslų, todėl svarbu, kad vartotojai suprastų, kaip šie įrenginiai veikia, kad galėtų pasirinkti tinkamą tipą savo poreikiams. Tobulėjant technologijoms, žmonėms atsiras daugiau galimybių naudotis patobulintais jutikliais, kurie remiasi keitiklių technologija, todėl svarbu išlikti išsilavinusiems šiuo klausimu!
Esu Joostas Nusselderis, „Neaera“ įkūrėjas ir turinio rinkodaros specialistas, tėtis, ir mėgstu išbandyti naują įrangą su gitara, kuri yra mano aistros šerdis, o kartu su komanda nuo 2020 m. kuriu išsamius tinklaraščio straipsnius. padėti ištikimiems skaitytojams įrašų ir gitaros patarimais.
