Pārveidotāji ir elektroniskas ierīces, ko izmanto, lai pārveidotu enerģiju no vienas formas citā. Tos izmanto dažādās lietojumprogrammās, no rūpnieciskā automatizācija līdz medicīniskajai attēlveidošanai.
Šajā rakstā mēs sniegsim pārskatu par to, kas ir devēji un kā tie tiek izmantoti. Mēs apskatīsim dažādas devēju veidi, to lietojumi un to izmantošanas veidi:
Pārveidotāja definīcija
Pārveidotājs ir ierīce, kas pārvērš enerģiju no viena veida citā. Lielākā daļa devēju pārvēršas akustiskā vai mehāniskā enerģija (ti, skaņas viļņi vai vibrācija) elektriskos signālos vai otrādi, lai gan ir arī tādi, kas var pārveidot gaismas, temperatūras, spiediena, magnētiskā lauka un pozīcijas mainīgo enerģiju izmērāmās elektriskās vērtībās.
Parasti lietoto devēju piemēri ir:
- mikrofoni kas pārvērš akustisko enerģiju elektriskos signālos;
- skaļruņi kas pārvērš elektriskos signālus akustiskajos viļņos;
- termistori kas pārvērš temperatūras svārstības izmērāmos spriegumos;
- pjezoelektriskie kristāli kas var radīt elektriskus signālus, reaģējot uz mehāniskām deformācijām;
- deformācijas mērītāji lai noteiktu nelielas fiziskās pārvietošanās izmaiņas, piemēram, spēka vai griezes momenta.
Pārveidotāji tiek plaši izmantoti ikdienas lietojumos, piemēram, telefoni, medicīniskās attēlveidošanas un mašīnu diagnostikas sistēmas kā arī specializētas uzraudzības sistēmas, piemēram seismogrāfi un optisko šķiedru signālu pārraides tīkli. Pārveidotāji ļauj uztvert smalkas izmaiņas sistēmas fiziskajā uzvedībā, izmantojot kvantitatīvās mērīšanas metodes, piemēram, plūsmas mērīšana un darbības ātruma/temperatūras uzraudzība un tā joprojām
Pārveidotāju veidi
Pārveidotāji ir ierīces, kas pārvērš enerģiju no viena veida citā. Akustisko sistēmu kontekstā devējus parasti izmanto, lai pārvērstu fizisko enerģiju elektriskos signālos vai otrādi - elektrību skaņas viļņos. Lai gan šodien tirgū ir pieejami daudzi devēju veidi, tie visi darbojas saskaņā ar dažiem vienkāršiem principiem.
Visvienkāršākais devēja veids ir a pjezoelektrisks devējs, kas pazīstams arī kā kontakta mikrofons vai pjezo īsumā. Pjezo devēji pārveido mehāniskās vibrācijas elektriskos signālos, izmantojot pjezoelektriskais efekts; elektriskais lādiņš rodas kompresijas vai vibrācijas rezultātā, kad daži dielektriski materiāli (piemēram, kvarcs) tiek pakļauti mehāniskai spriedzei. Pēc tam šo elektrisko lādiņu var pastiprināt un pārvērst dzirdamā skaņā, izmantojot skaļruņus vai austiņas.
Vēl viens populārs devēju veids ir elektromagnētiskās spoles pārveidotājs – dažkārt saukts vienkārši kā a mic. Tie sastāv no elektromagnēta, kas ietīts ar stieples spoli; pakļaujoties skaņas viļņiem, šī spole radīs savu elektrisko strāvu, ko pēc tam var pastiprināt un pārraidīt pa skaļruņiem vai austiņām. Tā kā tie mēdz reaģēt ar lielāku precizitāti visos frekvenču diapazonos nekā pjezo ierīces, mikrofoni parasti tiek izmantoti gan ierakstu studijās, gan tiešraidē.
Visbeidzot, tur ir ciparu pārveidotāju kastes (DAC) devēji; tie darbojas, apstrādājot digitālo informāciju un pārvēršot to analogajos signālos (vai otrādi). Šīs ierīces ir būtiskas, lai pārraidītu audio signālus, izmantojot digitālos tīklus, piemēram, Bluetooth savienojumus; šajā gadījumā DAC tiks izmantots, lai filtrētu signāla daļas, kas var traucēt kvalitatīvu audio atskaņošanu pirms pārraides, izmantojot bezvadu savienojumus.
Darbības princips
Pārveidotājs ir ierīce, ko izmanto enerģijas pārvēršanai no viena veida citā. Tas darbojas, ņemot ievades enerģiju, piemēram, elektrība vai gaisma, un pārvēršot to par mehāniska kustība vai skaņa.
Visizplatītākais devēju pielietojums ir elektrisko signālu pārvēršana skaņas viļņos. Šāda veida devējus izmanto dažādos lietojumos, tostarp audio sistēmas, medicīnas instrumenti un militārās ierīces.
Tagad izpētīsim kā darbojas devējs un tā dažādie lietojumi.
Kā darbojas devēji
Pārveidotājs ir elektriskā ierīce, ko parasti izmanto, lai pārveidotu elektrisko signālu fiziskā daudzumā, piemēram, skaņā, siltumā vai kustībā. Šo pārveidošanu veic, izmantojot sensoru, lai radītu analogo signālu vai digitālo signālu. Pēc tam analogais signāls tiek pārveidots nolasāmā sprieguma vai strāvas formā. Ir pieejami dažāda veida devēji, lai noteiktu dažāda veida enerģijas signālus, piemēram mehāniskās vibrācijas un spiediens.
Pārveidotājiem ir trīs galvenie elementi: avots (ieeja), starpelements (pastiprinātājs) un detektors (izeja). Avots izmanto enerģiju spiediena, skaņas viļņu, elektriskās strāvas utt. veidā, ko starpelements var noteikt un pēc vajadzības pastiprināt pirms nosūtīšanas, lai to noteiktu. Kad starpelements saņem ievades enerģiju, tas arī nosaka visas iepriekš noteiktas īpašības, piemēram, frekvence un amplitūda. Detektors nosaka šīs īpašības un pēc tam pārvērš tās atpakaļ izmērāmā fiziskā īpašībā, piemēram, spriegumā vai strāvā izejas posmā turpmākai izmantošanai.
Automatizācijas procesos tiek integrēti tādi darbības moduļi kā roboti jauda devējus, lai tie varētu noteikt ārējos spēkus, kas iedarbojas uz robota roku, un nodrošinātu, ka tā kustība ir droša darbības robežās. Jaudas devējus izmanto arī rūpnieciskās vadības sistēmās, kur strāva un spriegums ir precīzi jāuzrauga ilgtermiņa stabilitātei un precizitātei automatizētos procesos. Mājas automatizācijas sistēmās durvju slēdzenes parasti izmanto sensorus, lai ieslēdziet apgaismojumu, kad kāds tuvojas durvīm, vai atveriet logus, kad jūtamas kustības mājas vidē.
Pārveidotāju signālu veidi
Pārveidotāji ir sistēmas sastāvdaļas, ko izmanto, lai pārveidotu vienu enerģijas veidu citā. Tie mēra, uztver un pārraida dažāda veida signālus, piemēram, elektriskos, mehāniskos, termiskos un optiskos. Pārveidotāju signālus galvenokārt iedala divās galvenajās kategorijās: analogs un digitālais.
Analogie devēji mēra dažādu fizisko informāciju no vides, lai ģenerētu analogos signālus, kas atspoguļo šādu informāciju elektriskā formātā. Datus, piemēram, spiedienu, temperatūru, ātrumu un paātrinājumu, var pārveidot analogos signālos, izmantojot devējus mērīšanas vai kontroles nolūkos. Analogo devēju piemēri ietver mikrofoni, kas pārvērš skaņas viļņus elektriskajā spriegumā; pjezoelektriskie akselerometri, kas pārvērš mehānisko vibrāciju elektriskā strāvā; termopāri, kas nosaka temperatūru; utt.
Digitālie devēji pārveido signālu no fiziskiem parametriem (piemēram, gaismas vai skaņas) ciparu attēlos, ko var ģenerēt tikai pēc apstrādes pabeigšanas digitālajā signālu procesorā, kas pievienots pašam devējam. Atšķirībā no analogajiem signāliem, digitālie signāli sastāv no diskrētiem līmeņiem, piemēram, 0s un 1s, kas atbilst kādam iepriekš noteiktam stāvoklim, nevis nepārtrauktam sprieguma vai strāvas līmenim analogo signālu gadījumā. Ciparu signālu apstrāde tiek plaši izmantota tādās telekomunikāciju sistēmās kā mobilie tālruņi, sensori, piemēram, LED gaismas, saules paneļi utt., kur digitālie dati plūst pa tīkliem ar lielāku ātrumu, salīdzinot ar analogajiem datiem. Tas ir tāpēc, ka viena bita pārraides ķēžu veidošanas izmaksas ir daudz mazākas nekā izmaksas, kas saistītas ar ķēžu veidošanu audio viļņu formas nosūtīšanai pa gabalu noteiktā frekvenču diapazonā no attāluma.
Aplikācijas
Pārveidotājs tiek plaši izmantots dažādās lietojumprogrammās, piemēram, medicīniskās attēlveidošanas ierīces, automobiļu sensori un rūpniecisko procesu vadības sistēmas. Tā ir ierīce, kas pārvērš enerģiju no vienas formas, analogās vai digitālās, citā formā. Turklāt devēji ir jebkuras modernas automatizācijas sistēmas pamats, jo tie tiek izmantoti signāla pārveidošana un signāla kondicionēšana.
Izpētīsim dažādus devēju lietojumus:
Automobiļu
Automobiļu pārveidotāji To precīzās veiktspējas, mazā izmēra un izmaksu efektivitātes dēļ tos plaši izmanto automobiļu rūpniecībā dažādiem lietojumiem. Tie ir ārkārtīgi svarīgi instrumenti, ko izmanto transportlīdzekļu uzraudzības un kontroles sistēmās dažādu parametru mērīšanai, piemēram, temperatūra, spiediens un pozīcija.
Mērīšanai automobiļu dzinējos parasti izmanto devējus ātrums, komponentu novietojums piemēram, virzuļi vai sadales vārpstas, izplūdes spiediens vai piesārņotāji, temperatūra vai plūsmas ātrums. Pārveidotāji var palīdzēt noteikt neparedzētas problēmas, kuras parastās pārbaudes metodes nepamanītu. Piemēram, rotācijas ātruma devēju var izmantot, lai izmērītu jebkādas dzinēja apgriezienu skaita svārstības, kas varētu liecināt par vispārēju nolietojumu, neparastu degšanu vai novirzes problēmām.
Transportlīdzekļa elektriskajā sistēmā tos var izmantot, lai noteiktu elektroniskos signālus un sniegtu atgriezenisko saiti par to, vai tas atbilst ražotāja specifikācijām, un palīdz novērst automašīnas elektriskās sistēmas problēmas. Tipiski pielietojumi ietver mērīšanu akumulatora strāvas un sprieguma līmeņi (lai pārvaldītu uzlādes līmeņus), degvielas līmeņa noteikšana (lai uzraudzītu līmeņa precizitāti), kā arī aizdedzes laika noteikšana gan dīzeļdzinējiem, gan benzīna dzinējiem (lai nodrošinātu optimālu sadegšanu.) Tos bieži izmanto arī ventilācijas sistēmās, tostarp gaisa apmaiņas ātruma regulēšanā starp āra gaisu un salonu komforta kontroles nolūkos.
Papildus tiek izstrādāta devēju tehnoloģija izmantošanai rūpnīcu automatizācijas sistēmās, kur sensori tiek izvietoti automatizētās robotizētās montāžas līnijas darbstacijās, kā arī iekārtu ražoto detaļu kvalitātes kontrolei. Šeit datus no devējiem var uztvert datora vadīti roboti, kas veic ne tikai regulāras plānotās apkopes pārbaudes, bet arī sarežģītus uzdevumus, piemēram, izlīdzināšanas problēmu vai ar izslēgšanu saistītu kļūdu diagnostika ražošanas līniju ietvaros.
Rūpniecība
Rūpnieciskie pielietojumi devēji parasti ir sastopami rūpnīcas automatizācijā, procesu vadībā un robotikā. Parastie rūpnieciskie sensori ir paātrinājums, kustība, vibrācija, spiediens/spēks, temperatūra, pārvietojums/attālums/pozīcija un pieskarties. Šāda veida lietojumprogrammas parasti ir vienvirziena sakaru sistēmas, kurās devējs pārveido fiziskos signālus par elektrisko enerģiju kā atgriezenisko saiti uz uzraudzības procesoru vai kā ievadi vadības shēmām, kas ietekmē fizisko procesu, izmantojot izpildmehānismus, piemēram, motorus vai solenoīdus.
Plašais sensoru veidu klāsts ļauj devējus izmantot dažādiem rūpnieciskiem procesiem, piemēram, metāla griešanai un formēšanai, naftas atradņu urbšanas un attīrīšanas procesiem (SPM), metināšanas sistēmām un montāžas iekārtām. Atkarībā no pielietojuma veida, kuram devējs tiek izmantots, var būt nepieciešams pārveidot elektrisko izejas signālu no viena enerģijas veida citā piemērotā formā (temperatūra spiedienā vai nobīde ātrumā).
Pārveidotājus var pat savienot sarežģītos tīklos ar optiskās šķiedras līnijām, kas bieži savieno “stratēģiskos” punktus lielās automatizētās ražošanas iekārtās. Izvadierīces var līdzīgi savienot atpakaļ no procesoriem, lai reaģētu uz atgriezenisko saiti no vides. Rūpniecisko devēju lietojumi ir dažādi, sākot no mērījumu veikšanas cilvēkiem (datu termināļa displejs) veikt aprēķinus par pozīcijas datiem attiecībā pret saglabātajām programmām attiecībā uz pieņemamiem parametriem (slēgta cikla servosistēmas).
medicīnisks
Pārveidotāji tiek izmantoti medicīnas tehnoloģijās dažādiem lietojumiem. Viens no šādiem pieteikumiem ir elektrokardiogrāfija (EKG) kas mēra sirds elektriskos impulsus laika gaitā un parāda to kā grafiku. Šajā procesā elektrodi tiek novietoti uz ķermeņa daļām, piemēram, ekstremitātēm vai krūtīm, un noved tos uz EKG aparātu. Elektrodi nosaka sirds elektrisko aktivitāti, lai novērtētu jebkuru neregulāru sitienu vai jebkuru citu nosakāmu stāvokli, kas saistīts ar sirds darbību.
Vēl viens medicīnas lietojuma devēji tiek izmantoti ultraskaņas attēlveidošana un skenēšana. Tas ietver ierīces, kas pazīstama kā ultraskaņas zonde, izmantošanu, lai izstarotu augstas frekvences skaņas viļņus noteiktās ķermeņa daļās, lai izveidotu attēlus, kas parāda mīkstos audus un orgānus, piemēram, kaulus, muskuļus, cīpslas, saites, skrimšļus un asinsvadus. Šos attēlus var izmantot ķermeņa slimību diagnosticēšanai, piemēram, audzēju vai citu slimību, piemēram, vēža, diagnosticēšanai.
Turklāt tiek izmantoti devēji uzraudzības instrumenti – ierīces, kas sniedz reāllaika informāciju par pacienta stāvokli no viena brīža uz otru noteiktā laika periodā, tostarp:
- Pulsa oksimetri kas mēra skābekļa piesātinājuma līmeni asinīs.
- EKG monitori kas mēra koronāro sirdsdarbības ātrumu vai ritma novirzes.
- Monitori priekš temperatūra, elpošanas ātrums un citas dzīvībai svarīgas pazīmes, piemēram asinsspiedienu un glikozes līmeni.
Patērētāju elektronikas
Starp tiem ir plaša patēriņa elektronika visizplatītākie devēju pielietojumi. Tas ir tāpēc, ka pārveidotāji spēj pārveidot elektrisko enerģiju skaņā, ko pēc tam var izmantot skaļruņi dažāda veida audio ierīcēs. Turklāt devējus izmanto enerģijas pārveidošanai no vienas formas citā, lai uzlabotu signāla un trokšņa attiecību televizoros un radio aparātos. Tie arī piedalās elektronisko signālu pārvēršanā akustiskajos viļņos, lai tos varētu pastiprināt.
Citi piemēri ietver to izmantošanu tālruņos un austiņās, kur tie palīdz pastiprināt skaņu un arī samazināt fona troksni. Pārveidotājus izmanto arī video ierakstīšanas iekārtās, piemēram, videokamerās un digitālajās kamerās, lai pārveidotu optiskos signālus elektriskos, lai pēc tam tos varētu saglabāt digitāli vai manipulēt ar datoru. Visbeidzot, medicīnas iekārtās bieži tiek izmantota devēju tehnoloģija ultraskaņas attēlveidošana un citiem mērķiem.
Priekšrocības un trūkumi
Pārveidotājs ir ierīce, kas var pārvērst vienu enerģijas veidu citā enerģijas veidā. To izmanto dažādos lietojumos, piemēram, mērīšanai spēks, temperatūra, pozīcija, ātrums un citi fiziski mainīgie.
Šajā rakstā mēs apspriedīsim devēju izmantošanas priekšrocības un trūkumus. Izprotot devēja priekšrocības un trūkumus, varat pieņemt apzinātu lēmumu par tā izmantošanu dažādās lietojumprogrammās.
Priekšrocības
Pārveidotājs ir ierīce, kas pārvērš enerģiju no viena veida citā, bieži vien ar mērķi izmērīt fizisku daudzumu. Ir daudz dažādu veidu devēju, un katrs ir piemērots konkrētam mērķim. Pārveidotāji piedāvā daudzas priekšrocības ērtības un precizitātes ziņā, un tie ir kļuvuši par mūsdienu tehnoloģiju neaizstājamām sastāvdaļām.
Pārveidotāju priekšrocības ietver:
- Izturība: devēji ir salīdzinoši nejutīgi pret vides apstākļiem, un tos var izmantot ekstremālās temperatūrās un citos bīstamos apstākļos. Parasti tiem ir nepieciešama neliela apkope visā to dzīves laikā.
- Ātrgaitas: Daudzi sensori var nodrošināt rādījumus milisekundēs, nodrošinot ātru reakcijas laiku un atgriezeniskās saites kontroli, ja nepieciešams.
- Daudzpusība: Plašs lietojumu klāsts ir iespējams, pateicoties daudzajām devēju sensoru iespējām, sākot no procesa kontroles mērījumiem līdz medicīniskajai diagnostikai.
- Precizitāte: Izejas signāls no devēja parasti ir ļoti precīzs, salīdzinot ar mērījumiem, kas veikti ar roku vai citiem mazāk uzticamiem līdzekļiem. Mērījumu kļūdas var būt daudz mazākas nekā manuālās metodes.
- Rentabilitāte: devēju izmaksas pēdējos gados ir dramatiski samazinājušās tehnoloģiju attīstības dēļ, kas tagad padara tos pieejamus lielākajai daļai lietojumu.
Trūkumi
Pārveidotāji ir gan priekšrocības, gan trūkumi. Lai gan tie ir ērts, efektīvs un rentabls veids, kā pārveidot enerģiju no viena veida citā, tiem ir ierobežojumi.
Ievērojamākais devēju trūkums ir to jutība pret trokšņa traucējumi. Tas jo īpaši attiecas uz zemas frekvences rādījumu mērīšanu. Pārveidotājus var nelabvēlīgi ietekmēt citi elektriskie signāli, kas rada neprecīzus rādījumus un neprecīzus rezultātus.
Vēl viens devēju trūkums ir to relatīvais lēns reakcijas laiks salīdzinājumā ar citiem enerģijas pārveidošanas veidiem, piemēram, mehāniskām ierīcēm vai algoritmiem. Dažos lietojumos, piemēram, ja ir nepieciešami ātri lēmumi vai ja nepieciešams augsts precizitātes līmenis, tradicionālās metodes var būt piemērotākas nekā devēju sistēmas.
Pārveidotāji arī prasa specializētas prasmes lai tos pareizi uzstādītu un darbinātu, kas padara tos nepiemērotus daudzām lietojumprogrammām, kur ir pieejams nekvalificēts personāls vai to prasa vide ātra izvietošana un vienkārša darbība optimālu veiktspēju.
Secinājumi
Visbeidzot, devēji ir būtisks daudzu nozaru un dzīvesveida ierīču elements. Tie var pārvērst elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā un otrādi, ļaujot veikt svarīgus mērījumus, kas iepriekš nebija iespējami. Pārveidotāji aptver plašu pielietojuma jomu klāstu, un tos var izmantot kopā, lai iegūtu precīzākus mērījumus.
Dažādi veidi atšķiras pēc konstrukcijas un lietojuma; Ultraskaņas devēji ir īpaši noderīgi nesagraujoša pārbaude pateicoties to spējai izmērīt materiāla biezumu, nekādā veidā neiejaucoties objekta darbībā. Pjezoelektriskie devēji pārveidot mehānisko spriedzi elektriskos potenciālos, kas padara tos piemērotus medicīniskai attēlveidošanai, jo tie nodrošina skaidrus iekšējo orgānu attēlus. Visbeidzot, rezistīvie devēji ir lieliski piemēroti temperatūras izmaiņu mērīšanai, kas padara tos piemērotus izmantošanai automobiļos, piemēram, motora temperatūras uzraudzībai.
Kopumā devēji kalpo daudziem mērķiem gan lieliem, gan maziem, un lietotājiem ir svarīgi saprast, kā šīs ierīces darbojas, lai viņi varētu izvēlēties savām vajadzībām piemērotāko veidu. Tehnoloģijai attīstoties, cilvēkiem būs vairāk iespēju izmantot uzlabotus sensorus, kas balstās uz devēju tehnoloģiju, tāpēc ir svarīgi būt izglītotam par šo jautājumu!
Es esmu Joosts Nuselders, Neaera dibinātājs un satura mārketinga speciālists, tētis, un man patīk izmēģināt jaunu aprīkojumu ar ģitāru, un es kopā ar savu komandu veidoju padziļinātus emuāra rakstus kopš 2020. gada. lai palīdzētu lojālajiem lasītājiem ar ierakstīšanas un ģitāras padomiem.
