Dönüştürücüler enerjiyi bir formdan diğerine dönüştürmek için kullanılan elektronik cihazlardır. gibi çeşitli uygulamalarda kullanılırlar. tıbbi görüntülemeye endüstriyel otomasyon.
Bu yazıda, dönüştürücülerin ne olduğu ve nasıl kullanıldığı hakkında genel bir bakış sunacağız. Farklı olanı ele alacağız dönüştürücü türleri, uygulamaları ve nasıl kullanıldıkları:
transducer'un tanımı
bir dönüştürücü enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştüren bir cihazdır. Dönüştürücülerin çoğu dönüştürür akustik veya mekanik enerji (yani ses dalgaları veya titreşim) elektrik sinyallerine veya tam tersi, ancak ışık, sıcaklık, basınç, manyetik alan ve konum değişkenlerinden gelen enerjiyi ölçülebilir elektriksel değerlere dönüştürebilenler de vardır.
Yaygın olarak kullanılan dönüştürücü örnekleri şunları içerir:
- mikrofonlar akustik enerjiyi elektrik sinyallerine çeviren;
- hoparlörler elektrik sinyallerini akustik dalgalara çeviren;
- termistörler sıcaklık dalgalanmalarını ölçülebilir voltajlara dönüştüren;
- piezoelektrik kristaller mekanik deformasyona yanıt olarak elektrik sinyalleri üretebilen;
- gerinim ölçerler kuvvet veya tork gibi fiziksel yer değiştirmedeki küçük değişimleri tespit etmek için.
Dönüştürücüler, aşağıdakiler gibi günlük uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır: telefonlar, tıbbi görüntüleme ve makine teşhis sistemleri gibi özel izleme sistemlerinin yanı sıra sismograflar ve fiber optik sinyal iletim ağları. Dönüştürücüler, aşağıdakiler gibi kantitatif ölçüm tekniklerinin kullanımıyla bir sistemin fiziksel davranışındaki ince değişikliklerin yakalanmasına izin verir: akış ölçümü ve çalışma hızlarının/sıcaklıklarının izlenmesi vb.
Dönüştürücü türleri
Dönüştürücüler enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştüren cihazlardır. Akustik sistemler bağlamında, fiziksel enerjiyi elektrik sinyallerine dönüştürmek için yaygın olarak transdüserler veya ters elektriği ses dalgalarına dönüştürmek için kullanılır. Bugün piyasada pek çok transdüser türü bulunsa da, hepsi birkaç basit ilkeye göre çalışmaktadır.
En temel dönüştürücü tipi bir piezoelektrik güç çevirici, kontak mikrofonu olarak da bilinir veya piezo kısaca. Piezo dönüştürücüler, mekanik titreşimleri kullanarak elektrik sinyallerine dönüştürür. piezoelektrik etki; belirli dielektrik malzemeler (kuvars gibi) mekanik strese maruz kaldığında sıkıştırma veya titreşim yoluyla bir elektrik yükü üretilir. Bu elektrik yükü daha sonra yükseltilebilir ve hoparlörler veya kulaklıklar aracılığıyla işitilebilir bir sese dönüştürülebilir.
Bir başka popüler dönüştürücü türü, elektromanyetik bobin dönüştürücü - bazen basitçe olarak anılır mikrofon. Bunlar, bir tel bobinle sarılmış bir elektromıknatıstan oluşur; ses dalgalarına maruz kaldığında, bu bobin kendi elektrik akımını oluşturacak ve bu daha sonra yükseltilip hoparlörler veya kulaklıklar aracılığıyla iletilebilecektir. Frekans aralıklarında piezo tabanlı cihazlardan daha fazla doğrulukla yanıt verme eğiliminde olduklarından, mikrofonlar genellikle kayıt stüdyolarında ve benzer şekilde canlı performanslarda kullanılır.
Son olarak, var dijital dönüştürücü kutusu (DAC) dönüştürücüler; bunlar dijital bilgileri işleyerek ve onu analog sinyallere dönüştürerek çalışır (veya tersi). Bu cihazlar, ses sinyallerini Bluetooth bağlantıları gibi dijital ağlar üzerinden iletmek için gereklidir; bu durumda, kablosuz bağlantılar üzerinden iletimden önce kaliteli ses çalmayı engelleyebilecek sinyal parçalarını filtrelemek için bir DAC kullanılacaktır.
Çalışma prensibi
bir dönüştürücü enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştürmek için kullanılan bir cihazdır. Gibi girdi enerjisini alarak çalışır. elektrik veya ışıkve dönüştürülmesi mekanik hareket veya ses.
Dönüştürücülerin en yaygın uygulaması, elektrik sinyallerinin ses dalgalarına dönüştürülmesidir. Bu tip dönüştürücü, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır: ses sistemleri, tıbbi aletler ve askeri cihazlar.
Şimdi keşfedelim dönüştürücü nasıl çalışır ve çeşitli kullanımları.
Dönüştürücüler nasıl çalışır?
bir dönüştürücü bir elektrik sinyalini ses, ısı veya hareket gibi fiziksel bir niceliğe dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan elektrikli bir cihazdır. Bu dönüştürme, bir analog sinyal veya dijital sinyal üretmek için bir sensör kullanılarak yapılır. Analog sinyal daha sonra okunabilir bir voltaj veya akım formuna dönüştürülür. gibi farklı enerji sinyallerini algılamak için farklı transdüser tipleri mevcuttur. mekanik titreşimler ve basınç.
Dönüştürücüler üç temel öğe içerir: bir kaynak (giriş), ara öğe (amplifikatör) ve detektör (çıkış). Kaynak, ara eleman tarafından algılanabilen ve algılanmak üzere gönderilmeden önce gerektiğinde yükseltilebilen basınç, ses dalgaları, elektrik akımı vb. şeklinde enerji uygular. Ara eleman giriş enerjisini aldığında, önceden belirlenmiş herhangi bir özelliği de tespit eder, örneğin frekans ve genlik. Dedektör bu özellikleri algılar ve daha sonra bunları daha sonra kullanılmak üzere çıkış aşamasında voltaj veya akım gibi ölçülebilir bir fiziksel özelliğe dönüştürür.
Otomasyon süreçlerinde robot gibi operasyon modülleri ile entegre çalışmaktadır. güç kelimesini seçerim böylece robot koluna etki eden dış kuvvetleri algılayabilir ve hareketinin operasyonel sınırlar içinde güvenli kalmasını sağlayabilirler. Güç transdüserleri aynı zamanda endüstriyel kontrol sistemlerinde de kullanılır. akımların ve gerilimlerin doğru bir şekilde izlenmesi gerekir otomatik süreçlerde uzun vadeli kararlılık ve hassasiyet için. Ev otomasyon sistemlerinde, kapı kilitleri tipik olarak sensörler kullanır. Birisi bir kapıya yaklaştığında ışıkları açın veya hareket algılandığında pencereleri açın ev ortamında.
Dönüştürücü sinyal türleri
Dönüştürücüler bir enerji biçimini diğerine dönüştürmek için kullanılan bir sistemin bileşenleridir. Elektrik, mekanik, termal ve optik gibi farklı türde sinyalleri ölçer, algılar ve iletirler. Dönüştürücü sinyalleri temel olarak iki ana kategoriye ayrılır: Analog ve dijital.
Analog dönüştürücüler, bu tür bilgileri elektriksel bir biçimde temsil eden analog sinyaller üretmek için çevreden çeşitli fiziksel bilgileri ölçer. Basınç, sıcaklık, hız ve ivme gibi veriler, ölçüm veya kontrol amacıyla transdüserler kullanılarak analog sinyallere dönüştürülebilir. Analog dönüştürücülerin örnekleri şunları içerir: ses dalgalarını elektrik voltajına çeviren mikrofonlar; mekanik titreşimi elektrik akımına dönüştüren piezoelektrik ivmeölçerler; sıcaklıkları algılayan termokupllar; vb.
Dijital dönüştürücüler, fiziksel parametrelerden (ışık veya ses gibi) gelen bir sinyali, yalnızca dönüştürücünün kendisine bağlı dijital sinyal işlemcisinde işlem tamamlandıktan sonra üretilebilen dijital temsillere dönüştürür. Analog sinyallerin aksine, dijital sinyaller, analog olanlar durumunda sürekli bir voltaj veya akım seviyesinden ziyade önceden tanımlanmış bazı durumlara karşılık gelen 0s ve 1s gibi ayrık seviyelerden oluşur. Dijital sinyal işleme, aşağıdakiler gibi telekomünikasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır: cep telefonları, LED ışıklar gibi sensörler, güneş panelleri vb., dijital verilerin ağlar arasında muadili-analog verilerine kıyasla daha yüksek hızlarda aktığı yerler. Bunun nedeni, tek bitlik iletim için devre oluşturma maliyetinin, bir ses dalga biçimini belirli bir frekans aralığında belirli bir mesafe boyunca parça parça göndermek için devre oluşturma maliyetinden çok daha az olmasıdır.
Uygulamalar
bir dönüştürücü gibi çeşitli farklı uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. tıbbi görüntüleme cihazları, otomotiv sensörleri ve endüstriyel proses kontrol sistemleri. Enerjiyi analog veya dijital bir formdan başka bir forma dönüştüren bir cihazdır. Ek olarak, dönüştürücüler, kullanıldıkları için herhangi bir modern otomasyon sisteminin temelidir. sinyal dönüştürme ve sinyal koşullandırma.
Dönüştürücülerin çeşitli uygulamalarını keşfedelim:
Otomotiv
Otomotiv transdüserleri hassas performansları, küçük boyutları ve maliyet verimlilikleri nedeniyle otomotiv endüstrisinde çeşitli uygulamalar için yaygın olarak kullanılmaktadır. gibi çeşitli parametreleri ölçmek için araçların izleme ve kontrol sistemlerinde kullanılan son derece önemli araçlardır. sıcaklık, basınç ve konum.
Dönüştürücüler, ölçmek için otomotiv motorlarında yaygın olarak kullanılır. hız, bileşenlerin konumu pistonlar veya eksantrik milleri gibi, egzoz basıncı veya kirleticiler, sıcaklık veya akış hızı. Dönüştürücüler, sıradan inceleme yöntemlerinin gözden kaçıracağı öngörülemeyen sorunların belirlenmesine yardımcı olabilir. Örneğin, motor devrindeki genel aşınma ve yıpranma, anormal yanma veya yanlış hizalama sorunlarını gösterebilecek herhangi bir dalgalanmayı ölçmek için bir dönüş hızı transdüseri kullanılabilir.
Aracın elektrik sisteminde, elektronik sinyalleri algılamak ve üreticinin spesifikasyonları dahilinde olup olmadığına dair geri bildirim sağlamak ve araç içindeki elektrik sistemlerinde sorun gidermeye yardımcı olmak için kullanılabilirler. Tipik uygulamalar arasında ölçüm yer alır akü akımı ve voltaj seviyeleri (şarj seviyelerini yönetmek için), yakıt seviyesi algılama (seviye doğruluğunu izlemek için) ve ateşleme zamanlaması tespiti hem dizel hem de benzinli motorlarda (optimal yanmayı sağlamak için) Ayrıca konfor kontrolü amacıyla dış hava ve iç kabinler arasındaki hava değişim oranının kontrol edilmesi dahil olmak üzere havalandırma sistemlerinde sıklıkla kullanılırlar.
Ek olarak, sensörlerin otomatik robotik montaj hattı iş istasyonları ve makineler tarafından üretilen parçaların kalite kontrolü için yerleştirildiği fabrika otomasyon sistemlerinde kullanılmak üzere dönüştürücü teknolojisi geliştirilmektedir. Burada transdüserlerden gelen veriler, yalnızca düzenli planlanmış bakım kontrollerini değil, aynı zamanda aşağıdakiler gibi karmaşık görevleri de yerine getiren bilgisayar kontrollü robotlar tarafından yakalanabilir: hizalama sorunlarını veya kapatmayla ilgili hataları teşhis etme üretim hatları içinde.
Sanayi
Endüstriyel uygulamalar dönüştürücüler genellikle fabrika otomasyonunda, proses kontrolünde ve robotikte bulunur. Yaygın endüstriyel sensörler hızlanma, hareket, titreşim, basınç/kuvvet, sıcaklık, yer değiştirme/mesafe/konum ve dokunmak. Bu tür uygulamalar tipik olarak, transdüserin fiziksel enerji sinyallerini bir izleme işlemcisine geri bildirim olarak veya motorlar veya solenoidler gibi aktüatörler aracılığıyla fiziksel süreci etkileyen kontrol devresine bir giriş olarak dönüştürdüğü tek yönlü iletişim sistemleridir.
Çok çeşitli sensör tipleri, dönüştürücülerin metal kesme ve şekillendirme, petrol sahası delme ve arıtma işlemleri (SPM), kaynak sistemleri ve montaj makineleri gibi çeşitli endüstriyel işlemlerde kullanılmasına olanak tanır. Dönüştürücünün kullanıldığı uygulamanın türüne bağlı olarak, elektrik çıkış sinyalini bir enerji biçiminden başka bir uygun biçime dönüştürmek gerekebilir (sıcaklığın basınca veya yer değiştirmenin hıza).
Dönüştürücüler, genellikle büyük otomatik üretim tesislerinde 'stratejik' noktaları birbirine bağlayan fiber optik hatlarla karmaşık ağlarda bile birbirine bağlanabilir. Çıkış cihazları, çevreden gelen geri bildirime göre işlem yapmak için benzer şekilde işlemcilerden geri bağlanabilir. Endüstriyel dönüştürücü uygulamaları, ölçümleri insanlar için erişilebilir kılmaktan (veri terminali ekranı) kabul edilebilir parametreler (kapalı döngü servo sistemler).
Tıbbi
Transdüserler, tıbbi teknolojide bir dizi uygulama için kullanılmaktadır. Böyle bir uygulama elektrokardiyografi (EKG) kalbin zaman içindeki elektriksel uyarılarını ölçen ve grafik olarak gösteren bir cihazdır. Bu süreçte, uzuvlar veya göğüs gibi vücudun bölgelerine elektrotlar yerleştirilir ve bunları bir EKG makinesine yönlendirir. Elektrotlar, herhangi bir düzensiz atım veya kardiyak aktivite ile ilişkili herhangi bir diğer tespit edilebilir durumu değerlendirmek için kalbin elektriksel aktivitesini saptar.
Transdüserlerin kullanıldığı diğer bir tıbbi uygulama ise ultrasonik görüntüleme ve tarama. Bu, kemikler, kaslar, tendonlar, bağlar, kıkırdak ve kan damarları gibi yumuşak doku ve organları gösteren görüntüler oluşturmak için vücudun belirli bölgelerinde yüksek frekanslı ses dalgaları yayan ultrason probu olarak bilinen bir cihazın kullanılmasını içerir. Bu görüntüler, tümörleri veya kanser gibi diğer hastalıkları teşhis etmek gibi vücuttaki rahatsızlıkları teşhis etmek için kullanılabilir.
Ayrıca, transdüserler izleme araçları – belirli bir süre boyunca bir noktadan diğerine hastanın durumu hakkında gerçek zamanlı bilgi sağlayan cihazlar – aşağıdakiler dahil:
- Nabız oksimetreleri kandaki oksijen doygunluk seviyelerini ölçen.
- EKG monitörleri Koroner kalp atış hızını veya ritim anormalliklerini ölçen.
- için monitörler sıcaklık, solunum hızı ve diğer yaşamsal belirtiler gibi kan basıncı ve glikoz seviyeleri.
Tüketici Elektroniği
Tüketici elektroniği, dönüştürücülerin en yaygın uygulamaları. Bunun nedeni, transdüserlerin elektrik enerjisini sese çevirebilmesi ve bunun daha sonra farklı tipteki ses cihazlarındaki hoparlörler tarafından kullanılabilmesidir. Ayrıca televizyon ve radyo setlerinde sinyal-gürültü oranını iyileştirmek için enerjiyi bir formdan diğerine dönüştürmek için transdüserler kullanılır. Ayrıca elektronik sinyallerin yükseltilebilmesi için akustik dalgalara dönüştürülmesinde rol oynarlar.
Diğer örnekler arasında, sesi yükseltmeye yardımcı oldukları ve ayrıca arka plan gürültüsünü azalt. Dönüştürücüler ayrıca video kameralar ve dijital kameralar gibi video kayıt ekipmanlarında optik sinyalleri elektriksel sinyallere dönüştürmek için kullanılır, böylece bunlar daha sonra dijital olarak depolanabilir veya bir bilgisayarla manipüle edilebilir. Son olarak, Tıbbi ekipman genellikle transdüser teknolojisini kullanır. ultrason görüntüleme ve diğer amaçlar.
Avantajlar ve dezavantajlar
bir dönüştürücü bir enerji formunu başka bir enerji formuna dönüştürebilen bir cihazdır. Ölçme gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılır. kuvvet, sıcaklık, konum, hız ve diğer fiziksel değişkenler.
Bu yazıda, dönüştürücü kullanmanın yararlarını ve dezavantajlarını tartışacağız. Bir dönüştürücünün avantajlarını ve dezavantajlarını anlayarak, çeşitli uygulamalarda kullanımı hakkında bilinçli bir karar verebilirsiniz.
Avantajlar
bir dönüştürücü genellikle fiziksel bir niceliği ölçmek amacıyla enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştüren bir cihazdır. Her biri belirli bir amaca uygun birçok farklı transdüser türü vardır. Kullanışlılık ve doğruluk açısından sayısız avantajlar sunan dönüştürücüler, modern teknolojinin vazgeçilmez bileşenleri haline gelmiştir.
Dönüştürücülerin avantajları şunları içerir:
- sağlamlık: Transdüserler çevresel koşullara nispeten duyarsızdır ve aşırı sıcaklıklarda ve diğer tehlikeli koşullarda kullanılabilirler. Genellikle ömürleri boyunca çok az bakım gerektirirler.
- Yüksek Hızlı: Birçok sensör, gerektiğinde hızlı yanıt süreleri ve geri besleme kontrolü sağlayarak milisaniyeler içinde okumalar sağlayabilir.
- Çok yönlülük: Proses kontrol ölçümlerinden tıbbi teşhislere kadar dönüştürücülerin birçok algılama kapasitesi sayesinde çok çeşitli uygulamalar mümkündür.
- Hassas: Bir dönüştürücüden gelen çıkış sinyali, elle veya diğer daha az güvenilir yöntemlerle yapılan ölçümlere kıyasla genellikle çok kesindir. Ölçüm hataları, manuel yöntemlerden çok daha düşük olabilir.
- Maliyet etkinliği: Dönüştürücü maliyetleri, artık çoğu uygulama için erişilebilir hale getiren teknolojideki gelişmeler nedeniyle son yıllarda önemli ölçüde düştü.
Dezavantajlar
Dönüştürücüler hem avantajları hem de dezavantajları var. Enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştürmenin uygun, verimli ve uygun maliyetli bir yolu olsalar da sınırlamaları vardır.
Transdüserlerin en önemli dezavantajı, hassas olmalarıdır. gürültü girişimi. Bu, özellikle düşük frekanslı okumaları ölçerken geçerlidir. Dönüştürücüler, yanlış okumalara ve yanlış sonuçlara neden olan diğer elektrik sinyallerinden olumsuz etkilenebilir.
Dönüştürücülerin diğer bir dezavantajı, nispeten yavaş tepki süresi mekanik cihazlar veya algoritmalar gibi diğer enerji dönüştürme biçimleriyle karşılaştırıldığında. Belirli uygulamalarda, örneğin hızlı kararların gerekli olduğu veya yüksek düzeyde kesinliğin gerekli olduğu durumlarda, geleneksel yöntemler dönüştürücü sistemlerden daha uygun olabilir.
Dönüştürücüler ayrıca gerektirir özel beceriler doğru bir şekilde kurmak ve çalıştırmak, bu da onları vasıfsız personelin bulunduğu veya ortamın gerektirdiği birçok uygulama için uygun hale getirmez. hızlı dağıtım ve kolay kullanım optimum performans için.
Sonuç
Sonuç olarak, dönüştürücüler birçok endüstrinin ve yaşam tarzı cihazlarının temel bir unsurudur. Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ya da tam tersini çevirerek daha önce mümkün olmayan önemli ölçümlerin yapılmasına olanak tanırlar. Transdüserler çok çeşitli uygulama alanlarını kapsar ve daha doğru ölçümler üretmek için birbirleriyle kombinasyon halinde kullanılabilir.
Farklı tipler, tasarım ve kullanım açısından değişiklik gösterir; ultrasonik dönüştürücüler için özellikle yararlıdır tahribatsız test herhangi bir şekilde nesneye müdahale etmeden malzemenin kalınlığını ölçebilmeleri nedeniyle. Piezoelektrik dönüştürücüler iç organların net görüntülerini sağladıkları için mekanik gerilimi elektriksel potansiyellere dönüştürerek tıbbi görüntüleme için uygun hale getirirler. son olarak, dirençli dönüştürücüler motor sıcaklıklarının izlenmesi gibi otomotiv kullanımları için uygun hale getiren sıcaklık değişikliklerini ölçmek için mükemmeldir.
Genel olarak, dönüştürücüler hem büyük hem de küçük birçok amaca hizmet eder ve kullanıcıların ihtiyaçlarına göre doğru türü seçebilmeleri için bu cihazların nasıl çalıştığını anlamaları önemlidir. Teknoloji ilerledikçe, insanların dönüştürücü teknolojisine dayanan gelişmiş sensörleri kullanması için daha fazla fırsat olacak, bu nedenle bu konuda eğitimli olmak önemlidir!
Ben Joost Nusselder, Neaera'nın kurucusu ve içerik pazarlamacısıyım, baba ve tutkumun merkezinde gitar olan yeni ekipman denemeyi seviyorum ve ekibimle birlikte 2020'den beri derinlemesine blog makaleleri oluşturuyorum. sadık okuyuculara kayıt ve gitar ipuçlarıyla yardımcı olmak için.
