Преобразователи электронные устройства, которые используются для преобразования энергии из одной формы в другую. Они используются в различных приложениях, от промышленная автоматизация для медицинской визуализации.
В этой статье мы расскажем, что такое преобразователи и как они используются. Мы рассмотрим разные типы преобразователей, их приложения и как они используются:
Определение преобразователя
Преобразователь устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую. Большинство преобразователей преобразуют акустическая или механическая энергия (например, звуковые волны или вибрация) в электрические сигналы или наоборот, хотя есть и такие, которые могут преобразовывать энергию света, температуры, давления, магнитного поля и переменных положения в измеримые электрические величины.
Примеры часто используемых преобразователей включают в себя:
- микрофоны преобразующие акустическую энергию в электрические сигналы;
- колонки преобразующие электрические сигналы в акустические волны;
- термисторы которые преобразуют колебания температуры в измеряемые напряжения;
- пьезоэлектрические кристаллы которые могут генерировать электрические сигналы в ответ на механическую деформацию;
- тензодатчики для обнаружения небольших изменений физических перемещений, таких как сила или крутящий момент.
Преобразователи широко используются в повседневных приложениях, таких как телефоны, системы медицинской визуализации и диагностики оборудования а также специализированные системы мониторинга, такие как сейсмографы и оптоволоконные сети передачи сигналов. Преобразователи позволяют фиксировать тонкие изменения в физическом поведении системы с помощью методов количественных измерений, таких как измерение расхода и контроль рабочих скоростей/температур и так далее
Типы преобразователей
Преобразователи устройства, преобразующие энергию из одной формы в другую. В контексте акустических систем преобразователи обычно используются для преобразования физической энергии в электрические сигналы или, наоборот, электричества в звуковые волны. Хотя сегодня на рынке доступно множество типов преобразователей, все они работают в соответствии с несколькими простыми принципами.
Самый простой тип преобразователя пьезоэлектрический преобразователь, также известный как контактный микрофон или пьезоэлектрический короче. Пьезопреобразователи преобразуют механические колебания в электрические сигналы с помощью пьезоэлектрический эффект; электрический заряд генерируется за счет сжатия или вибрации, когда определенные диэлектрические материалы (например, кварц) подвергаются механическому воздействию. Затем этот электрический заряд можно усилить и преобразовать в слышимый звук через динамики или наушники.
Еще одним популярным типом преобразователя является преобразователь с электромагнитной катушкой – иногда называют просто микрофон. Они состоят из электромагнита, обернутого катушкой провода; при воздействии звуковых волн эта катушка будет создавать собственный электрический ток, который затем может усиливаться и передаваться через динамики или наушники. Поскольку они имеют тенденцию реагировать с большей точностью в диапазоне частот, чем устройства на основе пьезоэлемента, микрофоны обычно используются как в студиях звукозаписи, так и на живых выступлениях.
Наконец, есть преобразователи блока цифрового преобразователя (DAC); они работают, обрабатывая цифровую информацию и преобразовывая ее в аналоговые сигналы (или наоборот). Эти устройства необходимы для передачи аудиосигналов по цифровым сетям, таким как соединения Bluetooth; в этом случае ЦАП будет использоваться для фильтрации частей сигнала, которые могут мешать качественному воспроизведению звука, перед передачей по беспроводным соединениям.
Принцип работы
Преобразователь устройство, используемое для преобразования энергии из одной формы в другую. Он работает, принимая входную энергию, такую как электричество или свет, и преобразовать его в механическое движение или звук.
Чаще всего преобразователи применяются для преобразования электрических сигналов в звуковые волны. Этот тип преобразователя используется в различных приложениях, в том числе аудиосистемы, медицинские инструменты и военные устройства.
Теперь давайте исследуем как работает преобразователь и различные его применения.
Как работают датчики
Преобразователь это электрическое устройство, обычно используемое для преобразования электрического сигнала в физическую величину, такую как звук, тепло или движение. Это преобразование выполняется с помощью датчика для получения аналогового сигнала или цифрового сигнала. Затем аналоговый сигнал преобразуется в удобочитаемую форму напряжения или тока. Доступны различные типы преобразователей для обнаружения различных типов энергетических сигналов, таких как механические вибрации и давление.
Преобразователи содержат три ключевых элемента: источник (вход), промежуточный элемент (усилитель) и детектор (выход). Источник применяет энергию в виде давления, звуковых волн, электрического тока и т. д., которые могут быть обнаружены промежуточным элементом и при необходимости усилены перед отправкой на обнаружение. Когда промежуточный элемент получает входную энергию, он также обнаруживает любые заданные свойства, такие как частота и амплитуда. Детектор обнаруживает эти свойства, а затем преобразует их обратно в измеримое физическое свойство, такое как напряжение или ток, на выходном каскаде для дальнейшего использования.
В процессах автоматизации операционные модули, такие как роботы, интегрируются с мощностью датчики, чтобы они могли обнаруживать внешние силы, действующие на манипулятор робота, и гарантировать, что его движение остается безопасным в рабочих пределах. Преобразователи мощности также используются в промышленных системах управления, где необходимо точно контролировать токи и напряжения для долговременной стабильности и точности в автоматизированных процессах. В системах домашней автоматизации в дверных замках обычно используются датчики. включать свет, когда кто-то приближается к двери, или открывать окна при обнаружении движения внутри домашней обстановки.
Типы сигналов преобразователя
Преобразователи компоненты системы, используемые для преобразования одного вида энергии в другой. Они измеряют, воспринимают и передают различные типы сигналов, такие как электрические, механические, тепловые и оптические. Сигналы преобразователя в основном делятся на две основные категории: аналоговый и Интернет.
Аналоговые преобразователи измеряют различную физическую информацию из окружающей среды для генерации аналоговых сигналов, которые представляют такую информацию в электрическом формате. Такие данные, как давление, температура, скорость и ускорение, могут быть преобразованы в аналоговые сигналы с помощью преобразователей для целей измерения или управления. Примеры аналоговых преобразователей включают микрофоны, преобразующие звуковые волны в электрическое напряжение; пьезоэлектрические акселерометры, которые преобразуют механическую вибрацию в электрический ток; термопары, измеряющие температуру; и т.п.
Цифровые преобразователи преобразуют сигнал из физических параметров (таких как свет или звук) в цифровые представления, которые могут быть сгенерированы только после завершения обработки на процессоре цифровых сигналов, подключенном к самому преобразователю. В отличие от аналоговых сигналов, цифровые сигналы состоят из дискретных уровней, таких как 0 и 1, соответствующих некоторому заранее определенному состоянию, а не из непрерывного уровня напряжения или тока в случае аналоговых сигналов. Цифровая обработка сигналов широко используется в телекоммуникационных системах, таких как мобильные телефоны, датчики, такие как светодиодные фонари, солнечные панели и т. д., где цифровые данные передаются по сетям на более высоких скоростях по сравнению с аналоговыми данными. Это связано с тем, что стоимость формирования схем для передачи одного бита намного меньше, чем стоимость формирования схем для передачи аудиосигнала по частям в определенном частотном диапазоне на расстояние.
Приложения
Преобразователь широко используется в различных приложениях, таких как медицинские устройства визуализации, автомобильные датчики и системы управления промышленными процессами. Это устройство, которое преобразует энергию из одной формы, аналоговой или цифровой, в другую форму. Кроме того, преобразователи являются основой любой современной системы автоматизации, поскольку они используются для преобразование сигналов и формирование сигналов.
Давайте рассмотрим различные области применения преобразователей:
Автомобильная
Автомобильные преобразователи широко используются в автомобильной промышленности для различных применений благодаря их точной работе, небольшому размеру и экономической эффективности. Это чрезвычайно важные инструменты, используемые в системах мониторинга и управления транспортными средствами для измерения различных параметров, таких как температура, давление и положение.
Датчики обычно используются в автомобильных двигателях для измерения скорость, положение компонентов такие как поршни или распределительные валы, давление выхлопных газов или загрязняющие вещества, температура или скорость потока. Преобразователи могут помочь выявить непредвиденные проблемы, которые нельзя было бы пропустить с помощью обычных методов проверки. Например, датчик скорости вращения можно использовать для измерения любых колебаний оборотов двигателя, которые могут свидетельствовать об общем износе, ненормальном сгорании или проблемах с несоосностью.
В электрической системе автомобиля их можно использовать для обнаружения электронных сигналов и обеспечения обратной связи о том, соответствует ли она спецификациям производителя, а также для помощи в устранении неполадок в электрических системах автомобиля. Типичные области применения включают измерение уровень тока и напряжения батареи (для управления уровнями зарядки), определение уровня топлива (для контроля точности уровня), а также определение угла опережения зажигания как на дизельных, так и на бензиновых двигателях (для обеспечения оптимального сгорания). Они также часто используются в системах вентиляции, включая регулирование скорости воздухообмена между наружным воздухом и внутренним пространством кабины для обеспечения комфорта.
Кроме того, технология датчиков разрабатывается для использования в системах автоматизации производства, где датчики используются для автоматизированных рабочих станций роботизированных сборочных линий, а также для контроля качества деталей, производимых машинами. Здесь данные с датчиков могут быть получены управляемыми компьютером роботами, выполняющими не только регулярные плановые проверки технического обслуживания, но и сложные задачи, такие как диагностика проблем выравнивания или ошибок, связанных с отключением внутри производственных линий.
Промышленное
Промышленные применения преобразователей обычно используются в автоматизации производства, управлении технологическими процессами и робототехнике. Обычные промышленные датчики ускорение, движение, вибрация, давление/сила, температура, перемещение/расстояние/положение и коснуться. Эти типы приложений, как правило, представляют собой односторонние системы связи, в которых преобразователь преобразует сигналы физической энергии в электрические в качестве обратной связи для процессора мониторинга или в качестве входа для схемы управления, которая влияет на физический процесс через приводы, такие как двигатели или соленоиды.
Большое разнообразие типов датчиков позволяет использовать преобразователи в различных промышленных процессах, таких как резка и формовка металлов, процессы бурения и очистки нефтяных месторождений (SPM), сварочные системы и сборочные машины. В зависимости от типа применения, для которого используется преобразователь, может потребоваться преобразовать электрический выходной сигнал из одной формы энергии в другую подходящую форму (температура в давление или перемещение в скорость).
Датчики могут быть даже связаны между собой в сложных сетях с оптоволоконными линиями, часто соединяющими «стратегические» точки на крупных автоматизированных производственных объектах. Устройства вывода могут быть аналогичным образом подключены обратно от процессоров, чтобы реагировать на обратную связь от окружающей среды. Область применения промышленных преобразователей варьируется от обеспечения доступности измерений для человека (дисплей терминала данных) к выполнению расчетов по позиционным данным относительно сохраненных программ относительно допустимых параметров (сервосистемы с замкнутым контуром).
Мед
Датчики используются в медицинской технике для целого ряда приложений. Одним из таких приложений является электрокардиография (ЭКГ) который измеряет электрические импульсы сердца с течением времени и отображает их в виде графика. В этом процессе электроды размещаются на участках тела, таких как конечности или грудная клетка, и подводятся к аппарату ЭКГ. Электроды обнаруживают электрическую активность сердца, чтобы оценить любые нерегулярные сокращения или любое другое обнаруживаемое состояние, связанное с сердечной деятельностью.
Другие датчики медицинского применения используются для ультразвуковая визуализация и сканирование. Это включает в себя использование устройства, известного как ультразвуковой датчик, который излучает высокочастотные звуковые волны в определенные части тела для создания изображений, показывающих мягкие ткани и органы, такие как кости, мышцы, сухожилия, связки, хрящи и кровеносные сосуды. Эти изображения можно использовать для диагностики заболеваний в организме, таких как диагностика опухолей или других заболеваний, таких как рак.
Кроме того, преобразователи используются в инструменты мониторинга – устройства, предоставляющие информацию о состоянии пациента в режиме реального времени от одного момента времени к другому в течение определенного периода времени, в том числе:
- Пульсоксиметры которые измеряют уровень насыщения крови кислородом.
- ЭКГ мониторы которые измеряют коронарную частоту сердечных сокращений или нарушения ритма.
- Мониторы для температура, частота дыхания и другие жизненно важные признаки, такие как кровяное давление и уровень глюкозы.
Бытовая электроника
Бытовая электроника входит в число наиболее распространенные области применения преобразователей. Это связано с тем, что преобразователи способны преобразовывать электрическую энергию в звук, который затем может использоваться динамиками в различных типах аудиоустройств. Кроме того, преобразователи используются для преобразования энергии из одного вида в другой с целью улучшения отношения сигнал/шум в теле- и радиоприемниках. Они также играют роль в преобразовании электронных сигналов в акустические волны, чтобы их можно было усилить.
Другие примеры включают их использование в телефонах и гарнитурах, где они помогают усиливать звук, а также уменьшить фоновый шум. Преобразователи также используются в оборудовании для видеозаписи, таком как видеокамеры и цифровые камеры, для преобразования оптических сигналов в электрические, чтобы затем их можно было сохранить в цифровом виде или обработать с помощью компьютера. Наконец, в медицинском оборудовании часто используются датчики для ультразвуковое исследование и другие цели.
Преимущества и недостатки
Преобразователь это устройство, которое может преобразовывать один вид энергии в другой вид энергии. Он используется в самых разных приложениях, таких как измерение сила, температура, положение, скорость и другие физические переменные.
В этой статье мы обсудим преимущества и недостатки использования преобразователей. Понимая преимущества и недостатки преобразователя, вы можете принять обоснованное решение о его использовании в различных приложениях.
Преимущества
Преобразователь это устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую, часто с целью измерения физической величины. Существует множество различных типов преобразователей, каждый из которых подходит для определенной цели. Преобразователи обладают многочисленными преимуществами с точки зрения удобства и точности и стали незаменимыми компонентами современных технологий.
К преимуществам трансдьюсеров относятся:
- прочность: Датчики относительно нечувствительны к условиям окружающей среды и могут использоваться при экстремальных температурах и других опасных условиях. Как правило, они требуют минимального обслуживания в течение всего срока службы.
- Высокоскоростной: Многие датчики могут выдавать показания в течение миллисекунд, что обеспечивает быстрое время отклика и контроль обратной связи, если это необходимо.
- Гибкость: Возможен широкий спектр применений благодаря множеству сенсорных возможностей преобразователей, от измерений управления технологическими процессами до медицинской диагностики.
- Точность: Выходной сигнал преобразователя обычно очень точен по сравнению с измерениями, сделанными вручную или другими менее надежными способами. Ошибки измерения могут быть намного ниже, чем при ручных методах.
- Экономическая эффективность: За последние годы стоимость датчиков резко снизилась благодаря достижениям в области технологий, которые теперь делают их доступными для большинства приложений.
Недостатки бонуса без депозита
Преобразователи имеют как преимущества, так и недостатки. Хотя они представляют собой удобный, эффективный и экономичный способ преобразования энергии из одной формы в другую, у них есть ограничения.
Наиболее заметным недостатком преобразователей является их восприимчивость к шумовые помехи. Особенно это актуально при измерении низкочастотных показаний. На преобразователи могут отрицательно влиять другие электрические сигналы, что приводит к неточным показаниям и неточным результатам.
Другим недостатком преобразователей является их относительно медленное время отклика по сравнению с другими формами преобразования энергии, такими как механические устройства или алгоритмы. В некоторых приложениях, например, когда требуется быстрое принятие решений или когда необходим высокий уровень точности, традиционные методы могут быть более подходящими, чем системы датчиков.
Преобразователи также требуют специализированные навыки устанавливать и эксплуатировать их правильно, что делает их непригодными для многих приложений, где доступен неквалифицированный персонал или среда требует быстрое развертывание и простота в эксплуатации для оптимальной производительности.
Заключение
В заключение преобразователи являются важным элементом многих отраслей промышленности и устройств для образа жизни. Они могут преобразовывать электрическую энергию в механическую и наоборот, позволяя проводить важные измерения, которые раньше были невозможны. Преобразователи охватывают широкий спектр областей применения и могут использоваться в сочетании друг с другом для получения более точных измерений.
Различные типы различаются по дизайну и использованию; Ультразвуковые преобразователи особенно полезны для неразрушающий контроль благодаря их способности измерять толщину материала, никак не мешая объекту. Пьезоэлектрические преобразователи преобразуют механическое напряжение в электрические потенциалы, что делает их пригодными для медицинской визуализации, поскольку они обеспечивают четкое изображение внутренних органов. Наконец, резистивные преобразователи отлично подходят для измерения изменений температуры, что делает их пригодными для использования в автомобилях, таких как мониторинг температуры двигателя.
В целом, преобразователи служат многим целям, как большим, так и малым, и пользователям важно понимать, как работают эти устройства, чтобы они могли выбрать правильный тип для своих нужд. По мере развития технологий у людей будет больше возможностей использовать усовершенствованные датчики, основанные на технологии преобразователя, поэтому важно оставаться в курсе этого вопроса!
Меня зовут Йоост Нуссельдер, основатель Neaera и контент-маркетолог, папа, и я люблю пробовать новое оборудование с гитарой, что лежит в основе моей страсти, и вместе со своей командой я пишу подробные статьи в блоге с 2020 года. чтобы помочь преданным читателям советами по записи и игре на гитаре.
