Перетворювачі це електронні пристрої, які використовуються для перетворення енергії з однієї форми в іншу. Вони використовуються в різних сферах застосування, починаючи з промислова автоматизація для медичного зображення.
У цій статті ми розглянемо, що таке перетворювачі та як вони використовуються. Ми розглянемо різне типи перетворювачів, їх застосування та способи їх використання:
Визначення перетворювача
Перетворювач це пристрій, який перетворює енергію з однієї форми в іншу. Більшість перетворювачів перетворюють акустична або механічна енергія (тобто звукові хвилі чи вібрацію) в електричні сигнали або навпаки, хоча існують також такі, які можуть перетворювати енергію від світла, температури, тиску, магнітного поля та змінних положення в вимірювані електричні значення.
Приклади часто використовуваних перетворювачів включають:
- мікрофони які перетворюють акустичну енергію в електричні сигнали;
- динаміки які перетворюють електричні сигнали в акустичні хвилі;
- термістори які перетворюють температурні коливання в вимірювані напруги;
- п'єзоелектричні кристали які можуть генерувати електричні сигнали у відповідь на механічну деформацію;
- тензодатчики для виявлення невеликих коливань фізичного зміщення, наприклад сили або крутного моменту.
Перетворювачі широко використовуються в повсякденному застосуванні, наприклад телефони, медичні системи візуалізації та діагностики машин а також спеціалізовані системи моніторингу, такі як сейсмографи та волоконно-оптичні мережі передачі сигналу. Перетворювачі дозволяють фіксувати тонкі зміни у фізичній поведінці системи за допомогою кількісних методів вимірювання, таких як вимірювання витрати та моніторинг робочих швидкостей/температур і т.п.
Типи перетворювачів
Перетворювачі це пристрої, які перетворюють енергію з однієї форми в іншу. У контексті акустичних систем перетворювачі зазвичай використовуються для перетворення фізичної енергії в електричні сигнали або навпаки – електрики в звукові хвилі. Хоча сьогодні на ринку доступно багато типів перетворювачів, усі вони працюють відповідно до кількох простих принципів.
Найпростішим типом перетворювача є a п'єзоелектричний перетворювач, також відомий як контактний мікрофон або п’єзо для короткого. П'єзоперетворювачі перетворюють механічні коливання в електричні сигнали за допомогою п'єзоелектричний ефект; електричний заряд генерується через стиснення або вібрацію, коли деякі діелектричні матеріали (наприклад, кварц) піддаються механічній напрузі. Потім цей електричний заряд можна посилити та перетворити на звуковий сигнал через динаміки або навушники.
Інший популярний тип перетворювача - це перетворювач електромагнітної котушки – іноді називають просто а мікрофон. Вони складаються з електромагніту, обгорнутого котушкою дроту; під впливом звукових хвиль ця котушка буде створювати власний електричний струм, який потім може бути посилений і переданий через динаміки або навушники. Оскільки вони, як правило, реагують з більшою точністю в діапазоні частот, ніж п’єзопристрої, мікрофони зазвичай використовуються в студіях звукозапису та на живих виступах.
Нарешті, є перетворювачі блоку цифрового перетворювача (DAC).; вони працюють шляхом обробки цифрової інформації та перетворення її в аналогові сигнали (або навпаки). Ці пристрої необхідні для передачі аудіосигналів через цифрові мережі, такі як підключення Bluetooth; у цьому випадку ЦАП буде використано для фільтрації частин сигналу, які можуть заважати якісному відтворенню звуку перед передачею через бездротові з’єднання.
Принцип роботи
Перетворювач це пристрій, який використовується для перетворення енергії з однієї форми в іншу. Він працює, приймаючи вхідну енергію, наприклад електрику або світло, і перетворюючи його на механічний рух або звук.
Найбільш поширеним застосуванням перетворювачів є перетворення електричних сигналів у звукові хвилі. Даний вид перетворювача використовується в самих різних сферах застосування, в т.ч аудіосистеми, медичні інструменти та військова техніка.
Тепер давайте досліджувати як працює перетворювач і його різноманітне використання.
Як працюють перетворювачі
Перетворювач це електричний пристрій, який зазвичай використовується для перетворення електричного сигналу у фізичну величину, таку як звук, тепло або рух. Це перетворення здійснюється за допомогою датчика для створення аналогового або цифрового сигналу. Потім аналоговий сигнал перетворюється в зрозумілу форму напруги або струму. Доступні різні типи перетворювачів для виявлення різних типів енергетичних сигналів, таких як механічні коливання і тиск.
Перетворювачі містять три ключові елементи: джерело (вхід), проміжний елемент (підсилювач) і детектор (вихід). Джерело застосовує енергію у вигляді тиску, звукових хвиль, електричного струму тощо, які можуть бути виявлені проміжним елементом і посилені за потреби перед тим, як відправлятися на виявлення. Коли проміжний елемент отримує вхідну енергію, він також виявляє будь-які заздалегідь визначені властивості, такі як частота і амплітуда. Детектор виявляє ці властивості, а потім перетворює їх назад у вимірювані фізичні властивості, такі як напруга або струм на вихідному каскаді для подальшого використання.
У процесах автоматизації такі операційні модулі, як роботи, інтегровані влада перетворювачі, щоб вони могли виявляти зовнішні сили, що діють на руку робота, і гарантувати, що її рух залишається безпечним у робочих межах. Перетворювачі потужності також використовуються в промислових системах управління, де необхідно точно контролювати струми та напруги для тривалої стабільності та точності в автоматизованих процесах. У системах домашньої автоматизації дверні замки зазвичай використовують датчики, щоб вмикати світло, коли хтось наближається до дверей, або відкривати вікна, коли відчуваються рухи в домашніх умовах.
Типи перетворювачів сигналів
Перетворювачі це компоненти системи, які використовуються для перетворення однієї форми енергії в іншу. Вони вимірюють, відчувають і передають різні типи сигналів, зокрема електричні, механічні, теплові та оптичні. Сигнали перетворювача в основному поділяються на дві основні категорії: аналоговий та цифровий.
Аналогові перетворювачі вимірюють різноманітну фізичну інформацію з навколишнього середовища, щоб генерувати аналогові сигнали, які представляють таку інформацію в електричному форматі. Такі дані, як тиск, температура, швидкість і прискорення, можна перетворити в аналогові сигнали за допомогою перетворювачів для вимірювання або керування. Приклади аналогових перетворювачів включають мікрофони, які перетворюють звукові хвилі в електричну напругу; п'єзоелектричні акселерометри, які перетворюють механічну вібрацію в електричний струм; термопари, які визначають температуру; тощо.
Цифрові перетворювачі перетворюють сигнал із фізичних параметрів (таких як світло чи звук) у цифрові представлення, які можуть бути згенеровані лише після завершення обробки на процесорі цифрових сигналів, приєднаному до самого перетворювача. На відміну від аналогових сигналів, цифрові сигнали складаються з дискретних рівнів, таких як 0 і 1, що відповідають певному попередньо визначеному стану, а не постійного рівня напруги або струму у випадку аналогових. Цифрова обробка сигналів широко використовується в телекомунікаційних системах, таких як мобільні телефони, датчики, такі як світлодіодні ліхтарі, сонячних панелей і т. д., де цифрові дані передаються по мережах з більшою швидкістю порівняно з аналоговими даними. Це тому, що вартість формування ланцюгів для однобітової передачі набагато нижча, ніж вартість, пов’язана з формуванням ланцюгів для надсилання звукового сигналу частина за частиною в певному діапазоні частот на відстань.
додатків
Перетворювач широко використовується в різних сферах застосування, наприклад медичні пристрої візуалізації, автомобільні датчики та системи управління промисловими процесами. Це пристрій, який перетворює енергію з однієї форми, аналогової або цифрової, в іншу. Крім того, перетворювачі є основою будь-якої сучасної системи автоматизації, оскільки вони використовуються для перетворення та формування сигналу.
Давайте розглянемо різні сфери застосування перетворювачів:
автомобільний
Автомобільні перетворювачі широко використовуються в автомобільній промисловості для різноманітних застосувань завдяки їх точним характеристикам, малим розмірам і економічній ефективності. Це надзвичайно важливі інструменти, які використовуються в системах моніторингу та керування транспортними засобами для вимірювання різних параметрів, таких як температура, тиск і положення.
Перетворювачі зазвичай використовуються в автомобільних двигунах для вимірювання швидкість, положення компонентів наприклад, поршні або розподільні вали, тиск вихлопу або забруднювачі, температура або швидкість потоку. Перетворювачі можуть допомогти виявити непередбачені проблеми, які звичайні методи перевірки пропустили б. Наприклад, датчик швидкості обертання можна використовувати для вимірювання будь-яких коливань обертів двигуна, які можуть вказувати на загальний знос, ненормальне згоряння або проблеми зі зміщенням.
В електричній системі транспортного засобу їх можна використовувати для виявлення електронних сигналів і надання зворотного зв’язку про те, чи вони відповідають специфікаціям виробника, а також допомагають у пошуку несправностей електричних систем автомобіля. Типові програми включають вимірювання рівень струму та напруги акумулятора (для керування рівнями зарядки), датчик рівня палива (для контролю точності рівня), а також виявлення моменту запалювання як на дизельних, так і на бензинових двигунах (для забезпечення оптимального згоряння). Вони також часто використовуються в системах вентиляції, включаючи контроль швидкості повітрообміну між зовнішнім повітрям і внутрішнім повітрям кабін з метою контролю комфорту.
Крім того, технологія перетворювачів розробляється для використання в системах автоматизації фабрик, де датчики розгортаються для автоматизованих робочих станцій складальної лінії, а також для контролю якості деталей, виготовлених машинами. Тут дані з перетворювачів можуть бути захоплені роботами, керованими комп’ютером, які виконують не лише регулярні планові перевірки технічного обслуговування, але й такі складні завдання, як діагностика проблем вирівнювання або несправностей, пов’язаних із відключенням в межах виробничих ліній.
Промисловий
Промислове застосування перетворювачів, як правило, зустрічаються в автоматизації виробництва, управлінні процесами та робототехніці. Поширені промислові датчики прискорення, рух, вібрація, тиск/сила, температура, переміщення/відстань/положення і дотик. Ці типи додатків, як правило, є системами одностороннього зв’язку, у яких перетворювач перетворює фізичні сигнали енергії в електричні як зворотний зв’язок із процесором моніторингу або як вхідні дані для схеми керування, яка впливає на фізичний процес за допомогою приводів, таких як двигуни чи соленоїди.
Широка різноманітність типів датчиків дозволяє використовувати перетворювачі для різноманітних промислових процесів, таких як різання та формування металу, процеси буріння та переробки нафтових родовищ (SPM), зварювальні системи та складальні машини. Залежно від типу застосування, для якого використовується перетворювач, може знадобитися перетворити вихідний електричний сигнал з однієї форми енергії в іншу відповідну форму (температуру в тиск або зсув у швидкість).
Перетворювачі можна навіть об’єднувати в складні мережі за допомогою волоконно-оптичних ліній, які часто з’єднують «стратегічні» точки на великих автоматизованих виробничих підприємствах. Пристрої виведення можуть бути аналогічно підключені назад від процесорів, щоб діяти на зворотний зв'язок із середовищем. Застосування промислових перетворювачів варіюється від забезпечення доступності вимірювань для людей (дисплей терміналу даних) для виконання обчислень позиційних даних щодо збережених програм щодо прийнятних параметрів (замкнуті сервосистеми).
медична
Перетворювачі використовуються в медичній техніці для цілого ряду застосувань. Одним із таких додатків є електрокардіографія (ЕКГ) який вимірює електричні імпульси серця з часом і відображає їх у вигляді графіка. У цьому процесі електроди розміщуються на ділянках тіла, наприклад, на кінцівках або грудній клітці, і ведуть їх до апарату ЕКГ. Електроди виявляють електричну активність серця, щоб оцінити будь-які нерегулярні удари або будь-який інший виявлений стан, пов’язаний із серцевою діяльністю.
Ще один медичний датчик використовується для ультразвукове зображення та сканування. Це передбачає використання пристрою, відомого як ультразвуковий зонд, для випромінювання високочастотних звукових хвиль у певних частинах тіла для створення зображень, які показують м’які тканини та органи, такі як кістки, м’язи, сухожилля, зв’язки, хрящі та кровоносні судини. Ці зображення можна використовувати для діагностики захворювань в організмі, таких як діагностика пухлин або інших захворювань, таких як рак.
Крім того, перетворювачі використовуються в інструменти моніторингу – пристрої, які надають інформацію в режимі реального часу про стан пацієнта від одного моменту часу до іншого протягом певного періоду часу, включаючи:
- Пульсоксиметри які вимірюють рівень насичення крові киснем.
- Монітори ЕКГ які вимірюють коронарну частоту серцевих скорочень або аномалії ритму.
- Монітори для температура, частота дихання та інші життєво важливі ознаки артеріальний тиск і рівень глюкози.
Побутова електроніка
Серед них побутова електроніка найпоширеніші застосування перетворювачів. Це пояснюється тим, що перетворювачі здатні перетворювати електричну енергію на звук, який потім може використовуватися динаміками в різних типах аудіопристроїв. Крім того, перетворювачі використовуються для перетворення енергії з однієї форми в іншу з метою покращення співвідношення сигнал/шум у телевізорах і радіоприймачах. Вони також відіграють роль у перетворенні електронних сигналів на акустичні хвилі, щоб їх можна було посилити.
Інші приклади включають їх використання в телефонах і гарнітурах, де вони допомагають посилити звук, а також зменшити фоновий шум. Перетворювачі також використовуються в обладнанні для запису відео, такому як відеокамери та цифрові камери, для перетворення оптичних сигналів в електричні, щоб потім їх можна було зберігати в цифровому вигляді або маніпулювати ними за допомогою комп’ютера. Нарешті, медичне обладнання часто використовує технологію перетворювача ультразвукове зображення та інших цілей.
Переваги та недоліки
Перетворювач це пристрій, який може перетворювати одну форму енергії в іншу. Він використовується в широкому спектрі програм, таких як вимірювання сила, температура, положення, швидкість та інші фізичні змінні.
У цій статті ми обговоримо переваги та недоліки використання датчиків. Розуміючи переваги та недоліки перетворювача, ви можете прийняти обґрунтоване рішення щодо його використання в різних сферах застосування.
Переваги
Перетворювач це пристрій, який перетворює енергію з однієї форми в іншу, часто з метою вимірювання фізичної величини. Існує багато різних типів перетворювачів, кожен з яких підходить для певної мети. Перетворювачі пропонують численні переваги з точки зору зручності та точності та стали незамінними компонентами сучасних технологій.
До переваг перетворювачів можна віднести:
- Надійність: Перетворювачі відносно нечутливі до умов навколишнього середовища, їх можна використовувати за екстремальних температур та інших небезпечних умов. Зазвичай вони потребують невеликого обслуговування протягом усього терміну служби.
- Висока швидкість: Багато датчиків можуть надавати показання протягом мілісекунд, що забезпечує швидкий час реакції та контроль зворотного зв’язку, якщо це необхідно.
- Гнучкість: Завдяки багатьом сенсорним можливостям датчиків можливий широкий спектр застосувань, від вимірювань керування процесом до медичної діагностики.
- Точність: Вихідний сигнал від датчика зазвичай дуже точний порівняно з вимірюваннями, зробленими вручну або іншими менш надійними засобами. Похибки вимірювань можуть бути набагато меншими, ніж при ручних методах.
- Економічна ефективність: Останніми роками витрати на перетворювачі різко впали завдяки прогресу в технологіях, які тепер роблять їх доступними для більшості застосувань.
Недоліки
Перетворювачі мають як переваги, так і недоліки. Хоча вони є зручним, ефективним і економічно ефективним способом перетворення енергії з однієї форми в іншу, у них є обмеження.
Найпомітнішим недоліком перетворювачів є їх сприйнятливість до шумові перешкоди. Особливо це актуально при вимірюванні низькочастотних показників. Інші електричні сигнали можуть негативно впливати на перетворювачі, що призводить до неточних показань і неточних результатів.
Ще одним недоліком перетворювачів є їх відносна повільний час відповіді порівняно з іншими формами перетворення енергії, такими як механічні пристрої чи алгоритми. У деяких застосуваннях, наприклад, коли необхідні швидкі рішення або коли необхідні високі рівні точності, традиційні методи можуть бути більш придатними, ніж системи перетворювачів.
Перетворювачі також вимагають спеціалізовані навички правильно встановлювати та експлуатувати їх, що робить їх непридатними для багатьох застосувань, де доступний некваліфікований персонал або середовище вимагає швидке розгортання та проста експлуатація для оптимальної продуктивності.
Висновок
Насамкінець перетворювачі є важливим елементом багатьох галузей промисловості та способів життя. Вони можуть перетворювати електричну енергію в механічну і навпаки, дозволяючи проводити важливі вимірювання, які раніше були неможливими. Перетворювачі охоплюють широкий діапазон застосувань і можуть використовуватися в поєднанні один з одним для більш точних вимірювань.
Різні типи відрізняються за дизайном і використанням; Ультразвукові перетворювачі особливо корисні для неруйнівний контроль завдяки їхній здатності вимірювати товщину матеріалу без будь-якого втручання в об’єкт. П'єзоелектричні перетворювачі перетворюють механічні напруги в електричні потенціали, що робить їх придатними для медичної візуалізації, оскільки вони забезпечують чітке зображення внутрішніх органів. нарешті, резистивні перетворювачі чудово підходять для вимірювання змін температури, що робить їх придатними для використання в автомобілях, наприклад для моніторингу температури двигуна.
Загалом перетворювачі служать для багатьох цілей як великих, так і малих, і користувачам важливо розуміти, як ці пристрої працюють, щоб вони могли вибрати правильний тип для своїх потреб. З розвитком технологій у людей буде більше можливостей використовувати вдосконалені датчики, які покладаються на технологію перетворювачів, тому важливо бути обізнаним у цьому питанні!
Я Йост Нуссельдер, засновник Neaera і маркетолог із контенту, тато, я люблю випробовувати нове обладнання з гітарою в основі моєї пристрасті, і разом зі своєю командою я створюю детальні статті в блозі з 2020 року. щоб допомогти вірним читачам порадами щодо запису та гітари.
