Трансдуктори се електронски уреди кои се користат за претворање на енергијата од една во друга форма. Тие се користат во различни апликации, од индустриска автоматизација до медицински слики.
Во оваа статија, ќе дадеме преглед на тоа што се трансдуктори и како се користат. Ќе ги покриеме различните видови на трансдуктори, нивните апликации и како се користат:
Дефиниција на трансдуцерот
Трансдуцер е уред кој ја претвора енергијата од една во друга форма. Поголемиот дел од трансдукторите се претвораат акустична или механичка енергија (т.е. звучни бранови или вибрации) во електрични сигнали или обратно, иако има и такви кои можат да ја претворат енергијата од светлината, температурата, притисокот, магнетното поле и променливите на позицијата во мерливи електрични вредности.
Примери на најчесто користени трансдуктори вклучуваат:
- микрофони кои ја претвораат акустичната енергија во електрични сигнали;
- звучници кои ги претвораат електричните сигнали во акустични бранови;
- термистори кои ги претвораат температурните флуктуации во мерливи напони;
- пиезоелектрични кристали кои можат да генерираат електрични сигнали како одговор на механичка деформација;
- мерачи на напрегање за откривање мали варијации во физичкото поместување како сила или вртежен момент.
Трансдусерите се широко користени во секојдневните апликации како што се телефони, медицински слики и машински дијагностички системи како и специјализирани системи за следење како сеизмографи и мрежи за пренос на сигнал со оптички влакна. Трансдуцерите овозможуваат снимање на суптилни промени во физичкото однесување на системот со употреба на квантитативни мерни техники како што се мерење на проток и следење на работните брзини/температури итн
Видови трансдуктори
Трансдуктори се уреди кои ја претвораат енергијата од една во друга форма. Во контекст на акустичните системи, трансдукторите најчесто се користат за претворање на физичката енергија во електрични сигнали, или обратно - електричната енергија во звучни бранови. Иако постојат многу видови на трансдуктори достапни на пазарот денес, сите тие работат според неколку едноставни принципи.
Најосновниот тип на трансдуцер е a пиезоелектрични Трансдуцерот, познат и како контактен микрофон или пиезо накратко. Пиезо-претворувачите ги претвораат механичките вибрации во електрични сигнали користејќи го пиезоелектричен ефект; електрично полнење се создава преку компресија или вибрации кога одредени диелектрични материјали (како кварцот) се подложени на механички стрес. Ова електрично полнење потоа може да се засили и да се претвори во звучен звук преку звучници или слушалки.
Друг популарен тип на трансдуцери е електромагнетен калем трансдуцер – понекогаш се нарекува едноставно а микрофон. Тие се состојат од електромагнет обвиткан со калем од жица; кога е изложен на звучни бранови, овој калем ќе создаде своја електрична струја, која потоа може да се засили и да се пренесе преку звучници или слушалки. Бидејќи тие имаат тенденција да реагираат со поголема прецизност во опсегот на фреквенции отколку уредите базирани на пиезо, микрофоните вообичаено се користат во студиа за снимање и изведби во живо.
Конечно, има Трансдуцери на кутија за дигитален конвертор (DAC).; тие работат со обработка на дигитални информации и нивно претворање во аналогни сигнали (или обратно). Овие уреди се од суштинско значење за пренос на аудио сигнали преку дигитални мрежи како Bluetooth конекции; во овој случај, DAC ќе се користи за филтрирање на делови од сигналот што може да пречат во квалитетната аудио репродукција пред преносот преку безжични врски.
Принцип на работа
Трансдуцер е уред кој се користи за претворање на енергија од една форма во друга. Работи со земање на влезна енергија, како на пр струја или светлина, и го претвора во механичко движење или звук.
Најчеста примена на трансдуцерите е во конверзија на електрични сигнали во звучни бранови. Овој тип на трансдуцер се користи во различни апликации, вклучувајќи аудио системи, медицински инструменти и воени уреди.
Сега да истражуваме како работи трансдуцерот и неговите различни намени.
Како работат трансдукторите
Трансдуцер е електричен уред кој вообичаено се користи за претворање на електричен сигнал во физичка големина како звук, топлина или движење. Оваа конверзија се врши со користење на сензор за производство на аналоген или дигитален сигнал. Аналогниот сигнал потоа се претвора во читлива форма на напон или струја. Различни типови на трансдуцери се достапни за откривање на различни видови енергетски сигнали како на пр механички вибрации и притисок.
Трансдуцерите содржат три клучни елементи: извор (влез), среден елемент (засилувач) и детектор (излез). Изворот применува енергија во форма на притисок, звучни бранови, електрична струја итн., која може да биде откриена од средниот елемент и да се засили по потреба пред да биде испратена да биде откриена. Кога средниот елемент ја прима влезната енергија, тој исто така детектира какви било однапред одредени својства како на пр фреквенција и амплитуда. Детекторот ги детектира овие својства и потоа ги претвора назад во мерливи физички својства како напон или струја во излезната фаза за понатамошна употреба.
Во процесите на автоматизација, оперативните модули како роботите се интегрирани со моќ трансдуктори за да можат да детектираат надворешни сили кои дејствуваат на раката на роботот и да се осигураат дека неговото движење останува безбедно во оперативните граници. Трансдукторите на моќност се користат и во индустриските контролни системи каде струите и напоните треба точно да се следат за долгорочна стабилност и прецизност во автоматизираните процеси. Во системите за домашна автоматизација, бравите на вратите обично користат сензори за да вклучете ги светлата кога некој се приближува до вратата или отворете ги прозорците кога ќе се почувствуваат движења внатре во домашна средина.
Видови сигнали на трансдуцерот
Трансдуктори се компоненти на системот што се користи за претворање на една форма на енергија во друга. Тие мерат, чувствуваат и пренесуваат различни видови сигнали како што се електрични, механички, термички и оптички. Сигналите на трансдуцерот главно се поделени во две големи категории: аналогно дигитални.
Аналогните трансдуцери мерат различни физички информации од околината за да генерираат аналогни сигнали кои ги претставуваат таквите информации во електричен формат. Податоците како притисок, температура, брзина и забрзување може да се претворат во аналогни сигнали со помош на трансдуктори за мерење или контрола. Примери на аналогни трансдуцери вклучуваат микрофони кои ги претвораат звучните бранови во електричен напон; пиезоелектрични акцелерометри кои ги претвораат механичките вибрации во електрична струја; термопарови кои детектираат температури; итн.
Дигиталните трансдуктори претвораат сигнал од физички параметри (како светлина или звук) во дигитални претстави кои можат да се генерираат само откако ќе заврши обработката на процесорот за дигитален сигнал прикачен на самиот трансдуцер. За разлика од аналогните сигнали, дигиталните сигнали се состојат од дискретни нивоа како што се 0s и 1s кои одговараат на некоја претходно дефинирана состојба, а не на континуирано ниво на напон или струја во случај на аналогни. Дигиталната обработка на сигналот интензивно се користи во телекомуникациските системи како мобилни телефони, сензори како LED светла, соларни панели итн., каде што дигиталните податоци течат низ мрежите со поголеми брзини во споредба со нивните колеги-аналогни податоци. Тоа е затоа што трошокот за формирање кола за пренос со еден бит е многу помал од оној поврзан со формирањето на кола за испраќање на аудио бранови форма парче по парче на одреден фреквентен опсег на растојание.
апликации
Трансдуцер е широко користен во различни различни апликации, како на пр уреди за медицински слики, автомобилски сензори и системи за контрола на индустриски процеси. Тоа е уред кој ја претвора енергијата од една форма, аналогна или дигитална, во друга форма. Дополнително, трансдукторите се основата на секој модерен систем за автоматизација бидејќи се користат за конверзија на сигнал и условување на сигналот.
Ајде да ги истражиме различните апликации на трансдуцерите:
автомобилски
Автомобилски трансдуктори се користат интензивно во автомобилската индустрија за различни апликации поради нивните прецизни перформанси, мала големина и економичност. Тие се исклучително важни алатки кои се користат во системите за следење и контрола на возилата за мерење на различни параметри како на пр температура, притисок и положба.
Трансдуцерите најчесто се користат во автомобилските мотори за мерење брзина, положба на компонентите како што се клипови или брегасти вратила, притисок на издувните гасови или загадувачи, температура или брзина на проток. Трансдуцерите можат да помогнат да се идентификуваат непредвидените проблеми што би ги пропуштиле обичните методи на инспекција. На пример, трансдуцерот за ротациона брзина може да се користи за мерење на какви било флуктуации во вртежи во минута на моторот што може да укаже на општо абење и кинење, ненормално согорување или неусогласеност.
Во електричниот систем на возилото, тие можат да се користат за откривање електронски сигнали и давање повратни информации за тоа дали е во рамките на спецификациите на производителот и да помогнат при отстранување на проблеми на електричните системи во автомобилот. Типични апликации вклучуваат мерење нивото на струја и напон на батеријата (за управување со нивоата на полнење), сензор за нивото на горивото (за следење на точноста на нивото) како и откривање на времето на палење и на дизел и на бензински мотори (за да се обезбеди оптимално согорување.) Тие, исто така, често се користат во системите за вентилација, вклучително и контрола на стапката на размена на воздух помеѓу надворешниот воздух и внатрешните кабини за да се контролира удобноста.
Дополнително, технологијата на трансдуцерот се развива за употреба во фабрички системи за автоматизација каде што се распоредени сензори за автоматизирани роботски работни станици за склопување, како и за контрола на квалитетот на деловите произведени од машини. Овде податоците од трансдукторите можат да бидат заробени од компјутерски контролирани роботи кои вршат не само редовни закажани проверки за одржување, туку и сложени задачи како дијагностицирање на проблеми со усогласувањето или дефекти поврзани со исклучувањето во рамките на производните линии.
Индустриски
Индустриски апликации Трансдуцерите обично се наоѓаат во фабричката автоматизација, контролата на процесите и роботиката. Вообичаени индустриски сензори се забрзување, движење, вибрации, притисок/сила, температура, поместување/растојание/позиција и допир. Овие типови на апликации се типично еднонасочни комуникациски системи во кои трансдуцерот конвертира физички во електрична енергија сигнали како повратна информација до процесор за следење или како влез за контрола на кола што влијае на физичкиот процес преку актуатори како што се мотори или соленоиди.
Широката разновидност на типови сензори овозможува користење на трансдукторите за различни индустриски процеси како што се сечење и формирање метал, процеси на дупчење и рафинирање на нафтени полиња (SPM), системи за заварување и машини за склопување. Во зависност од видот на апликацијата за која се користи трансдуцерот, може да биде потребно да се претвори електричниот излезен сигнал од една форма на енергија во друга соодветна форма (температура во притисок или поместување во брзина).
Трансдуцерите може да се меѓусебно поврзани во сложени мрежи со линии со оптички влакна кои често ги поврзуваат „стратешките“ точки во големите автоматизирани производствени капацитети. Излезните уреди може на сличен начин да се поврзат назад од процесорите за да преземат акција за повратни информации од околината. Апликациите на индустриските трансдуктори се движат од правење мерења достапни за луѓето (приказ на терминал за податоци(серво-системи со затворена јамка).
Медицински
Трансдуцерите се користат во медицинската технологија за низа апликации. Една таква апликација е електрокардиографија (ЕКГ) кој ги мери електричните импулси на срцето со текот на времето и го прикажува како график. Во овој процес, електродите се поставуваат на делови од телото, како што се екстремитетите или градите и ги водат до ЕКГ машина. Електродите ја откриваат електричната активност на срцето со цел да се проценат какви било неправилни отчукувања или која било друга забележлива состојба поврзана со срцевата активност.
Друга медицинска примена се користат трансдуцери е ултразвучно снимање и скенирање. Ова вклучува користење на уред познат како ултразвучна сонда за емитување звучни бранови со висока фреквенција на одредени делови од телото за да се создадат слики кои покажуваат меко ткиво и органи како коските, мускулите, тетивите, лигаментите, 'рскавицата и крвните садови. Овие слики може да се користат за дијагностицирање на заболувања во телото, како што се дијагностицирање на тумори или други болести како рак.
Покрај тоа, трансдукторите се користат во инструменти за следење – уреди кои обезбедуваат информации во реално време за состојбата на пациентот од еден момент во друг во одреден временски период – вклучувајќи:
- Пулс оксиметри кои го мерат нивото на заситеност со кислород во крвта.
- ЕКГ монитори кои мерат коронарна срцева фрекфенција или абнормалности на ритамот.
- Монитори за температура, стапка на дишење и други витални знаци како крвниот притисок и нивото на гликоза.
Електроника
Потрошувачката електроника е меѓу најчестите апликации на трансдуцерите. Тоа е затоа што трансдукторите се способни да ја претворат електричната енергија во звук, кој потоа може да го користат звучниците во различни видови аудио уреди. Дополнително, претворувачите се користат за конвертирање на енергија од една форма во друга со цел да се подобри односот сигнал-шум во телевизиските и радио приемниците. Тие исто така играат улога во претворањето на електронските сигнали во акустични бранови за да можат да се засилат.
Други примери ја вклучуваат нивната употреба во телефони и слушалки, каде што помагаат да се засили звукот и исто така намалување на бучавата во позадина. Трансдуцерите се користат и во опремата за снимање видео, како што се камерите и дигиталните камери, за претворање на оптичките сигнали во електрични, така што тие потоа може да се складираат дигитално или да се манипулираат со компјутер. Конечно, медицинската опрема често користи технологија на трансдуцери за ултразвучно снимање и други цели.
Предности и недостатоци
Трансдуцер е уред кој може да конвертира една форма на енергија во друга форма на енергија. Се користи во широк спектар на апликации како мерење сила, температура, позиција, брзина и други физички променливи.
Во оваа статија, ќе разговараме за придобивките и недостатоците од користењето на трансдукторите. Со разбирање на предностите и недостатоците на трансдуцерот, можете да донесете информирана одлука за неговата употреба во различни апликации.
Предности
Трансдуцер е уред кој ја претвора енергијата од една во друга форма, често со цел да измери физичка количина. Постојат многу различни типови на трансдуктори, секој погоден за одредена намена. Трансдуцерите нудат бројни предности во однос на практичноста и точноста, и станаа незаменливи компоненти во модерната технологија.
Предностите на трансдукторите вклучуваат:
- Робусност: Трансдукторите се релативно нечувствителни на условите на околината и тие можат да се користат при екстремни температури и други опасни услови. Тие обично бараат малку одржување во текот на нивниот животен век.
- Висока брзина: Многу сензори можат да обезбедат отчитувања во рок од милисекунди, овозможувајќи брзо време на одговор и контрола на повратни информации доколку е потребно.
- разноврсност: Можен е широк опсег на апликации поради многуте сензорни способности на трансдуцерите, од мерења за контрола на процесот до медицинска дијагностика.
- Прецизност: Излезниот сигнал од трансдуцерот е обично многу прецизен во споредба со мерењата направени со рака или други помалку сигурни средства. Грешките во мерењето може да бидат многу помали од оние од рачните методи.
- Ефикасност на трошоците: Трошоците на трансдукторите драстично се намалија во последните години поради напредокот во технологијата, што сега ги прави достапни за повеќето апликации.
Недостатоци
Трансдуктори имаат и предности и недостатоци. Иако тие се удобен, ефикасен и економичен начин за претворање на енергијата од една форма во друга, тие имаат ограничувања.
Најзабележителен недостаток на трансдукторите е нивната подложност на пречки на бучава. Ова е особено точно при мерење на читања со ниска фреквенција. Трансдуцерите може негативно да бидат погодени од други електрични сигнали што резултираат со неточни читања и неточни резултати.
Друг недостаток на трансдукторите е нивниот релативно бавно време на одговор во споредба со другите форми на конверзија на енергија како што се механичките уреди или алгоритми. Во одредени апликации, на пример кога се потребни брзи одлуки или кога се неопходни високи нивоа на прецизност, традиционалните методи може да бидат посоодветни од системите со трансдуцери.
Трансдуцерите исто така бараат специјализирани вештини правилно да ги инсталирате и ракувате, што ги прави несоодветни за многу апликации каде што е достапен неквалификуван персонал или околината бара брзо распоредување и лесно ракување за оптимални перформанси.
Заклучок
Во заклучок, трансверзери се суштински елемент на многу индустрии и уреди за начин на живот. Тие можат да ја претворат електричната енергија во механичка енергија и обратно, овозможувајќи да се преземат важни мерења кои претходно не беа можни. Трансдуцерите покриваат широк опсег на области на примена и може да се користат во комбинација еден со друг за да се добијат попрецизни мерења.
Различните типови се разликуваат во дизајнот и употребата; Ултразвучни трансдуктори се особено корисни за недеструктивно тестирање поради нивната способност да ја мерат дебелината на материјалот без да го попречуваат предметот на кој било начин. Пиезоелектрични трансдуктори го претвораат механичкото оптоварување во електрични потенцијали што ги прави погодни за медицинско снимање бидејќи обезбедуваат јасни слики на внатрешните органи. На крај, отпорни трансдузери се одлични за мерење на температурните промени што ги прави погодни за автомобилска употреба како што е следење на температурите на моторот.
Генерално, трансдукторите служат за многу цели и големи и мали и важно е корисниците да разберат како функционираат овие уреди за да можат да го изберат вистинскиот тип за нивните потреби. Како што напредува технологијата, ќе има повеќе можности за луѓето да користат подобрени сензори кои се потпираат на технологијата на трансдукторите, па затоа е важно да останете едуцирани за ова прашање!
Јас сум Јост Нуселдер, основачот на Neaera и продавач на содржина, тато, и сакам да испробувам нова опрема со гитара во срцето на мојата страст, и заедно со мојот тим, создавам детални блог статии од 2020 година да им помогне на лојалните читатели со совети за снимање и гитара.
