prevodníky sú elektronické zariadenia, ktoré sa používajú na premenu energie z jednej formy na druhú. Používajú sa v rôznych aplikáciách, od priemyselnej automatizácie až po lekárske zobrazovanie.
V tomto článku poskytneme prehľad o tom, čo sú to prevodníky a ako sa používajú. Budeme pokrývať rôzne typy prevodníkov, ich aplikácie a ako sa používajú:
Definícia prevodníka
Prevodník je zariadenie, ktoré premieňa energiu z jednej formy na druhú. Väčšina prevodníkov konvertuje akustická alebo mechanická energia (tj zvukové vlny alebo vibrácie) na elektrické signály alebo naopak, hoci existujú aj také, ktoré dokážu premeniť energiu zo svetla, teploty, tlaku, magnetického poľa a polohových premenných na merateľné elektrické hodnoty.
Príklady bežne používaných prevodníkov zahŕňajú:
- mikrofóny ktoré premieňajú akustickú energiu na elektrické signály;
- reproduktory ktoré premieňajú elektrické signály na akustické vlny;
- termistory ktoré premieňajú kolísanie teploty na merateľné napätie;
- piezoelektrické kryštály ktoré môžu generovať elektrické signály v reakcii na mechanickú deformáciu;
- tenzometre na detekciu malých zmien vo fyzickom posunutí, ako je sila alebo krútiaci moment.
Prevodníky sú široko používané v každodenných aplikáciách ako napr telefóny, lekárske zobrazovacie a strojové diagnostické systémy ako aj špecializované monitorovacie systémy ako napr seizmografy a siete na prenos signálu z optických vlákien. Prevodníky umožňujú zachytiť jemné zmeny fyzikálneho správania systému pomocou kvantitatívnych meracích techník ako napr. meranie prietoku a monitorovanie prevádzkových rýchlostí/teplôt a tak ďalej
Typy prevodníkov
prevodníky sú zariadenia, ktoré premieňajú energiu z jednej formy na druhú. V kontexte akustických systémov sa prevodníky bežne používajú na premenu fyzickej energie na elektrické signály alebo naopak – elektriny na zvukové vlny. Aj keď je dnes na trhu dostupných veľa typov prevodníkov, všetky fungujú podľa niekoľkých jednoduchých princípov.
Najzákladnejším typom prevodníka je a piezoelektrický prevodník, známy aj ako kontaktný mikrofón resp piezo v skratke. Piezomeniče premieňajú mechanické vibrácie na elektrické signály pomocou piezoelektrický efekt; elektrický náboj sa generuje kompresiou alebo vibráciou, keď sú určité dielektrické materiály (ako kremeň) vystavené mechanickému namáhaniu. Tento elektrický náboj môže byť potom zosilnený a prevedený na počuteľný zvuk cez reproduktory alebo slúchadlá.
Ďalším populárnym typom prevodníka je elektromagnetický cievkový prevodník – niekedy sa označuje jednoducho ako a MIC. Pozostávajú z elektromagnetu obaleného cievkou drôtu; keď je vystavená zvukovým vlnám, táto cievka vytvorí svoj vlastný elektrický prúd, ktorý potom môže byť zosilnený a prenášaný cez reproduktory alebo slúchadlá. Keďže majú tendenciu reagovať s väčšou presnosťou naprieč frekvenčnými rozsahmi ako piezoelektrické zariadenia, mikrofóny sa bežne používajú v nahrávacích štúdiách aj na živých vystúpeniach.
Nakoniec sú prevodníky digitálneho prevodníka (DAC).; tieto fungujú tak, že spracovávajú digitálne informácie a konvertujú ich na analógové signály (alebo naopak). Tieto zariadenia sú nevyhnutné na prenos zvukových signálov cez digitálne siete, ako sú pripojenia Bluetooth; v tomto prípade by sa DAC použil na odfiltrovanie častí signálu, ktoré môžu rušiť prehrávanie kvalitného zvuku pred prenosom cez bezdrôtové pripojenia.
pracovný princíp
Prevodník je zariadenie používané na premenu energie z jednej formy na druhú. Funguje tak, že odoberá vstupnú energiu, ako napr elektrina alebo svetloa konvertovať ho na mechanický pohyb alebo zvuk.
Najbežnejšia aplikácia prevodníkov je pri premene elektrických signálov na zvukové vlny. Tento typ prevodníka sa používa v rôznych aplikáciách, vrátane audio systémy, lekárske prístroje a vojenské zariadenia.
Teraz poďme preskúmať ako funguje prevodník a jeho rôzne využitie.
Ako fungujú prevodníky
Prevodník je elektrické zariadenie bežne používané na premenu elektrického signálu na fyzikálnu veličinu, ako je zvuk, teplo alebo pohyb. Táto konverzia sa vykonáva pomocou snímača na vytvorenie analógového signálu alebo digitálneho signálu. Analógový signál sa potom prevedie na čitateľnú formu napätia alebo prúdu. K dispozícii sú rôzne typy prevodníkov na detekciu rôznych typov energetických signálov ako napr mechanické vibrácie a tlak.
Prevodníky obsahujú tri kľúčové prvky: zdroj (vstup), medzičlánok (zosilňovač) a detektor (výstup). Zdroj aplikuje energiu vo forme tlaku, zvukových vĺn, elektrického prúdu atď., ktoré môžu byť detekované medzičlánkom a zosilnené podľa potreby pred odoslaním na detekciu. Keď medzičlánok prijme vstupnú energiu, detekuje aj akékoľvek vopred určené vlastnosti, ako napr frekvencia a amplitúda. Detektor detekuje tieto vlastnosti a následne ich prevedie späť na merateľnú fyzikálnu vlastnosť, ako je napätie alebo prúd na výstupnom stupni pre ďalšie použitie.
V automatizačných procesoch sú integrované prevádzkové moduly, ako sú roboty energie prevodníky, aby mohli detekovať vonkajšie sily, ktoré pôsobia na rameno robota a zabezpečiť, aby jeho pohyb zostal bezpečný v rámci prevádzkových limitov. Výkonové prevodníky sa používajú aj v priemyselných riadiacich systémoch, kde prúdy a napätia je potrebné presne monitorovať pre dlhodobú stabilitu a presnosť v automatizovaných procesoch. V systémoch domácej automatizácie zámky dverí zvyčajne používajú senzory zapnite svetlá, keď sa niekto priblíži k dverám alebo otvorte okná, keď zaznamenáte pohyby v domácom prostredí.
Typy signálov prevodníkov
prevodníky sú komponenty systému používané na premenu jednej formy energie na inú. Meria, snímajú a prenášajú rôzne typy signálov, ako sú elektrické, mechanické, tepelné a optické. Signály prevodníkov sa delia hlavne do dvoch hlavných kategórií: analóg a digitálne.
Analógové prevodníky merajú rôzne fyzikálne informácie z prostredia na generovanie analógových signálov, ktoré reprezentujú takéto informácie v elektrickom formáte. Údaje ako tlak, teplota, rýchlosť a zrýchlenie možno previesť na analógové signály pomocou prevodníkov na účely merania alebo riadenia. Príklady analógových prevodníkov zahŕňajú mikrofóny, ktoré premieňajú zvukové vlny na elektrické napätie; piezoelektrické akcelerometre, ktoré premieňajú mechanické vibrácie na elektrický prúd; termočlánky, ktoré zisťujú teplotu; atď.
Digitálne prevodníky konvertujú signál z fyzikálnych parametrov (ako je svetlo alebo zvuk) na digitálne znázornenia, ktoré je možné generovať až po dokončení spracovania na procesore digitálneho signálu pripojenom k samotnému prevodníku. Na rozdiel od analógových signálov sa digitálne signály skladajú z diskrétnych úrovní, ako sú 0s a 1s, ktoré zodpovedajú určitému preddefinovanému stavu, a nie z nepretržitej úrovne napätia alebo prúdu v prípade analógových signálov. Digitálne spracovanie signálu sa vo veľkej miere používa v telekomunikačných systémoch ako napr mobilné telefóny, senzory ako LED svetlá, solárne panely atď., kde digitálne dáta prúdia cez siete vyššou rýchlosťou v porovnaní s analógovými dátami. Je to preto, že náklady na vytvorenie obvodov na prenos jedného bitu sú oveľa nižšie ako náklady spojené s vytvorením obvodov na odosielanie zvukového signálu kus po kuse v určitom frekvenčnom rozsahu na určitú vzdialenosť.
použitie
Prevodník sa široko používa v rôznych aplikáciách, ako napr lekárske zobrazovacie zariadenia, automobilové senzory a systémy riadenia priemyselných procesov. Je to zariadenie, ktoré premieňa energiu z jednej formy, analógovej alebo digitálnej, do inej formy. Okrem toho sú prevodníky základom každého moderného automatizačného systému, pretože sa používajú konverzia signálu a úprava signálu.
Poďme preskúmať rôzne aplikácie prevodníkov:
Automobilový priemysel
Automobilové prevodníky sa vo veľkej miere používajú v automobilovom priemysle na rôzne aplikácie vďaka ich presnému výkonu, malým rozmerom a nákladovej efektívnosti. Sú to mimoriadne dôležité nástroje používané v monitorovacích a riadiacich systémoch vozidiel na meranie rôznych parametrov ako napr teplota, tlak a poloha.
Prevodníky sa bežne používajú v automobilových motoroch na meranie rýchlosť, umiestnenie komponentov ako sú piesty alebo vačkové hriadele, tlak výfukových plynov alebo znečisťujúcich látok, teplota alebo prietok. Prevodníky môžu pomôcť pri identifikácii nepredvídaných problémov, ktoré by bežné kontrolné metódy prehliadli. Napríklad prevodník rýchlosti otáčania sa môže použiť na meranie akýchkoľvek výkyvov otáčok motora, ktoré by mohli naznačovať všeobecné opotrebovanie, abnormálne spaľovanie alebo problémy so zarovnaním.
V elektrickom systéme vozidla ich možno použiť na detekciu elektronických signálov a poskytnúť spätnú väzbu o tom, či je v rámci špecifikácií výrobcu, a pomôcť pri odstraňovaní porúch elektrických systémov v aute. Medzi typické aplikácie patrí meranie úrovne prúdu a napätia batérie (na správu úrovní nabíjania), snímanie hladiny paliva (na sledovanie presnosti úrovne), ako aj detekcia časovania zapaľovania na dieselových aj benzínových motoroch (na zaistenie optimálneho spaľovania.) Často sa používajú aj vo ventilačných systémoch vrátane riadenia výmenného pomeru vzduchu medzi vonkajším vzduchom a interiérom kabíny na účely ovládania komfortu.
Okrem toho sa vyvíja technológia prevodníkov na použitie v systémoch automatizácie továrne, kde sú senzory nasadené pre automatizované robotické montážne linky, ako aj na kontrolu kvality dielov vyrábaných strojmi. Údaje z prevodníkov môžu byť zachytávané počítačom riadenými robotmi, ktoré vykonávajú nielen pravidelné plánované údržby, ale aj komplexné úlohy, ako napr diagnostikovanie problémov so zarovnaním alebo porúch súvisiacich s vypnutím v rámci výrobných liniek.
Priemyselný
Priemyselné aplikácie Prevodníky sa zvyčajne nachádzajú v automatizácii tovární, riadení procesov a robotike. Bežné priemyselné snímače sú zrýchlenie, pohyb, vibrácie, tlak/sila, teplota, posun/vzdialenosť/poloha a dotýkať sa. Tieto typy aplikácií sú typicky jednosmerné komunikačné systémy, v ktorých prevodník premieňa signály fyzickej energie na elektrickú energiu ako spätnú väzbu pre monitorovací procesor alebo ako vstup do riadiacich obvodov, ktoré ovplyvňujú fyzický proces prostredníctvom akčných členov, ako sú motory alebo solenoidy.
Široká škála typov snímačov umožňuje použitie snímačov pre rôzne priemyselné procesy, ako je rezanie a tvárnenie kovov, vŕtanie a rafinovanie ropných polí (SPM), zváracie systémy a montážne stroje. V závislosti od typu aplikácie, pre ktorú sa prevodník používa, môže byť potrebné previesť výstupný elektrický signál z jednej formy energie na inú vhodnú formu (teplotu na tlak alebo posun na rýchlosť).
Prevodníky môžu byť dokonca prepojené v zložitých sieťach pomocou optických liniek, ktoré často spájajú „strategické“ body vo veľkých automatizovaných výrobných zariadeniach. Výstupné zariadenia môžu byť podobne pripojené späť k procesorom, aby mohli reagovať na spätnú väzbu z prostredia. Aplikácie priemyselných snímačov siahajú od sprístupnenia meraní pre ľudí (displej dátového terminálu) na vykonávanie výpočtov polohových údajov vo vzťahu k uloženým programom s ohľadom na prijateľné parametre (servosystémy s uzavretou slučkou).
lekársky
Prevodníky sa používajú v medicínskej technike na celý rad aplikácií. Jednou z takýchto aplikácií je elektrokardiografia (EKG) ktorý meria elektrické impulzy srdca v čase a zobrazuje ich ako graf. V tomto procese sa elektródy umiestňujú na oblasti tela, ako sú končatiny alebo hrudník, a vedú ich do prístroja EKG. Elektródy detegujú elektrickú aktivitu srdca, aby vyhodnotili akékoľvek nepravidelné údery alebo akýkoľvek iný zistiteľný stav spojený so srdcovou aktivitou.
Pre iné medicínske aplikácie sa používajú prevodníky ultrazvukové zobrazovanie a skenovanie. Zahŕňa to použitie zariadenia známeho ako ultrazvuková sonda na vyžarovanie vysokofrekvenčných zvukových vĺn v určitých častiach tela na vytváranie obrázkov, ktoré zobrazujú mäkké tkanivá a orgány, ako sú kosti, svaly, šľachy, väzy, chrupavky a krvné cievy. Tieto obrázky môžu byť použité na diagnostiku chorôb v tele, ako je diagnostika nádorov alebo iných chorôb, ako je rakovina.
Okrem toho sa prevodníky používajú v monitorovacie nástroje – zariadenia, ktoré poskytujú informácie o stave pacienta v reálnom čase z jedného bodu v čase do druhého počas určitého časového obdobia – vrátane:
- Pulzné oxymetre ktoré merajú hladinu saturácie kyslíkom v krvi.
- EKG monitory ktoré merajú koronárnu srdcovú frekvenciu alebo abnormality rytmu.
- Monitory pre teplota, rýchlosť dýchania a iné vitálne znaky ako krvný tlak a hladiny glukózy.
Consumer Electronics
Spotrebná elektronika patrí medzi najbežnejšie aplikácie prevodníkov. Meniče sú totiž schopné premieňať elektrickú energiu na zvuk, ktorý potom môžu využívať reproduktory v rôznych typoch audio zariadení. Okrem toho sa prevodníky používajú na premenu energie z jednej formy na druhú, aby sa zlepšil pomer signálu k šumu v televíznych a rozhlasových prijímačoch. Zohrávajú tiež úlohu pri premene elektronických signálov na akustické vlny, aby sa dali zosilniť.
Medzi ďalšie príklady patrí ich použitie v telefónoch a náhlavných súpravách, kde pomáhajú zosilňovať zvuk a tiež znížiť hluk pozadia. Prevodníky sa tiež používajú v zariadeniach na nahrávanie videa, ako sú videokamery a digitálne fotoaparáty, na konverziu optických signálov na elektrické, aby sa potom dali digitálne uložiť alebo s nimi manipulovať pomocou počítača. Napokon, zdravotnícke zariadenia často využívajú technológiu prevodníkov ultrazvukové zobrazovanie a iné účely.
Výhody a nevýhody
Prevodník je zariadenie, ktoré dokáže premieňať jednu formu energie na inú formu energie. Používa sa v širokej škále aplikácií, ako je meranie sila, teplota, poloha, rýchlosť a iné fyzikálne premenné.
V tomto článku budeme diskutovať o výhodách a nevýhodách používania prevodníkov. Pochopením výhod a nevýhod prevodníka môžete urobiť informované rozhodnutie o jeho použití v rôznych aplikáciách.
výhody
Prevodník je zariadenie, ktoré premieňa energiu z jednej formy na druhú, často s cieľom merania fyzikálnej veličiny. Existuje mnoho rôznych typov prevodníkov, z ktorých každý je vhodný na konkrétny účel. Prevodníky ponúkajú množstvo výhod z hľadiska pohodlia a presnosti a stali sa nepostrádateľnými komponentmi modernej technológie.
Medzi výhody prevodníkov patria:
- robustnosť: Prevodníky sú relatívne necitlivé na podmienky prostredia a môžu sa používať pri extrémnych teplotách a iných nebezpečných podmienkach. Počas svojej životnosti zvyčajne vyžadujú malú údržbu.
- Vysokorýchlostné: Mnoho snímačov dokáže poskytnúť údaje v priebehu milisekúnd, čo umožňuje rýchle časy odozvy a spätnú väzbu v prípade potreby.
- Všestrannosť: Vďaka mnohým snímacím schopnostiam prevodníkov je možná široká škála aplikácií, od procesných kontrolných meraní až po lekársku diagnostiku.
- Presnosť: Výstupný signál z prevodníka je zvyčajne veľmi presný v porovnaní s meraniami vykonanými ručne alebo inými menej spoľahlivými prostriedkami. Chyby merania môžu byť oveľa nižšie ako pri manuálnych metódach.
- Efektivita nákladov: Náklady na prevodníky za posledné roky dramaticky klesli v dôsledku technologického pokroku, ktorý ich teraz robí dostupnými pre väčšinu aplikácií.
Nevýhody
prevodníky majú výhody aj nevýhody. Hoci sú pohodlným, efektívnym a nákladovo efektívnym spôsobom premeny energie z jednej formy na druhú, majú svoje obmedzenia.
Najvýraznejšou nevýhodou prevodníkov je ich náchylnosť na rušenie hluku. To platí najmä pri meraní nízkofrekvenčných hodnôt. Prevodníky môžu byť nepriaznivo ovplyvnené inými elektrickými signálmi, ktoré vedú k nepresným hodnotám a nepresným výsledkom.
Ďalšou nevýhodou prevodníkov je ich relatívnosť pomalý čas odozvy v porovnaní s inými formami premeny energie, ako sú mechanické zariadenia alebo algoritmy. V určitých aplikáciách, napríklad tam, kde sú potrebné rýchle rozhodnutia alebo keď je potrebná vysoká úroveň presnosti, môžu byť tradičné metódy vhodnejšie ako systémy prevodníkov.
Prevodníky tiež vyžadujú špecializované zručnosti na ich správnu inštaláciu a prevádzku, čo ich robí nevhodnými pre mnohé aplikácie, kde je k dispozícii nekvalifikovaný personál alebo prostredie vyžaduje rýchle nasadenie a jednoduchá obsluha pre optimálny výkon.
záver
Záverom možno povedať, prevodníky sú základným prvkom mnohých priemyselných odvetví a zariadení životného štýlu. Dokážu premeniť elektrickú energiu na mechanickú energiu a naopak, čo umožňuje vykonať dôležité merania, ktoré predtým neboli možné. Prevodníky pokrývajú širokú škálu oblastí použitia a možno ich použiť vo vzájomnej kombinácii na dosiahnutie presnejších meraní.
Rôzne typy sa líšia dizajnom a použitím; Ultrazvukové prevodníky sú obzvlášť užitočné pre nedeštruktívne testovanie vďaka ich schopnosti merať hrúbku materiálu bez toho, aby akýmkoľvek spôsobom zasahovali do objektu. Piezoelektrické meniče premieňajú mechanické napätie na elektrické potenciály, vďaka ktorým sú vhodné na lekárske zobrazovanie, pretože poskytujú jasné obrazy vnútorných orgánov. nakoniec, odporové prevodníky sú vynikajúce na meranie teplotných zmien, vďaka čomu sú vhodné pre použitie v automobiloch, ako je monitorovanie teplôt motora.
Celkovo možno konštatovať, že prevodníky slúžia na mnohé účely, veľké aj malé a je dôležité, aby používatelia pochopili, ako tieto zariadenia fungujú, aby si mohli vybrať správny typ pre svoje potreby. S pokrokom v technológii budú mať ľudia viac príležitostí na používanie vylepšených senzorov, ktoré sa spoliehajú na technológiu prevodníkov, takže je dôležité zostať v tejto záležitosti vzdelávaný!
Som Joost Nusselder, zakladateľ spoločnosti Neaera a marketingový pracovník s obsahom, otec a rád skúšam nové vybavenie s gitarou v centre mojej vášne a spolu s mojím tímom tvorím od roku 2020 podrobné blogové články. pomôcť verným čitateľom s tipmi na nahrávanie a gitaru.
