Transduserlar energiyani bir shakldan ikkinchisiga aylantirish uchun ishlatiladigan elektron qurilmalar. Ular turli xil ilovalarda qo'llaniladi, dan tibbiy tasvirni sanoat avtomatlashtirish.
Ushbu maqolada biz transduserlar nima va ulardan qanday foydalanish haqida umumiy ma'lumot beramiz. Biz har xil narsalarni ko'rib chiqamiz transduserlar turlari, ularning ilovalari va ulardan qanday foydalanish:
Transduserning ta'rifi
Transduser energiyani bir shakldan ikkinchisiga aylantiradigan qurilma. Transduserlarning aksariyati konvertatsiya qiladi akustik yoki mexanik energiya (ya'ni tovush to'lqinlari yoki tebranish) elektr signallariga yoki aksincha, yorug'lik, harorat, bosim, magnit maydon va joylashuv o'zgaruvchilaridan energiyani o'lchanadigan elektr qiymatlariga aylantira oladiganlar ham mavjud.
Ko'p ishlatiladigan transduserlarga misollar:
- Mikrofonlar akustik energiyani elektr signallariga aylantiradigan;
- Karnaylar elektr signallarini akustik to'lqinlarga aylantiradigan;
- termistorlar harorat o'zgarishini o'lchash mumkin bo'lgan kuchlanishlarga aylantiradigan;
- piezoelektrik kristallar mexanik deformatsiyaga javoban elektr signallarini hosil qila oladigan;
- tortma o'lchagichlari kuch yoki moment kabi jismoniy siljishdagi kichik o'zgarishlarni aniqlash uchun.
Transduserlar kundalik ilovalarda keng qo'llaniladi, masalan telefonlar, tibbiy tasvirlash va mashina diagnostikasi tizimlari kabi maxsus monitoring tizimlari kabi seysmograflar va optik tolali signal uzatish tarmoqlari. Transduserlar miqdoriy o'lchash usullaridan foydalangan holda tizimning jismoniy xatti-harakatlaridagi nozik o'zgarishlarni olish imkonini beradi. oqimni o'lchash va operatsion tezlikni / haroratni kuzatish va hokazo
Transduserlarning turlari
Transduserlar energiyani bir shakldan ikkinchisiga aylantiruvchi qurilmalardir. Akustik tizimlar kontekstida transduserlar odatda jismoniy energiyani elektr signallariga yoki teskari - elektrni tovush to'lqinlariga aylantirish uchun ishlatiladi. Bugungi kunda bozorda ko'plab turdagi transduserlar mavjud bo'lsa-da, ularning barchasi bir nechta oddiy printsiplarga muvofiq ishlaydi.
Transduserning eng asosiy turi a piezoelektrik transduser, shuningdek, kontakt mikrofoni yoki sifatida ham tanilgan piezo qisqasi. Piezo transduserlari mexanik tebranishlarni elektr signallariga aylantiradi piezoelektrik effekt; ma'lum dielektrik materiallar (masalan, kvarts) mexanik stressga duchor bo'lganda, siqilish yoki tebranish orqali elektr zaryadi hosil bo'ladi. Keyinchalik bu elektr zaryadi kuchaytirilishi va karnay yoki minigarnituralar orqali eshitiladigan tovushga aylantirilishi mumkin.
Transduserning yana bir mashhur turi elektromagnit lasan transduser - ba'zan oddiygina a deb ataladi Mikrofon. Ular simli lasan bilan o'ralgan elektromagnitdan iborat; tovush to'lqinlariga ta'sir qilganda, bu lasan o'zining elektr tokini yaratadi, keyin kuchaytirilishi va dinamiklar yoki minigarnituralar orqali uzatilishi mumkin. Ular chastota diapazonlarida piezoga asoslangan qurilmalarga qaraganda ko'proq aniqlik bilan javob berishga moyil bo'lganligi sababli, mikrofonlar odatda ovoz yozish studiyalarida va jonli ijrolarda qo'llaniladi.
Nihoyat, mavjud raqamli konvertor qutisi (DAC) transduserlari; bular raqamli axborotni qayta ishlash va uni analog signallarga aylantirish orqali ishlaydi (yoki aksincha). Ushbu qurilmalar Bluetooth ulanishlari kabi raqamli tarmoqlar orqali audio signallarni uzatish uchun zarur; bu holda, simsiz ulanishlar orqali uzatishdan oldin sifatli audio tinglashga xalaqit berishi mumkin bo'lgan signal qismlarini filtrlash uchun DAC ishlatiladi.
ishchi printsipi
Transduser energiyani bir shakldan ikkinchisiga aylantirish uchun ishlatiladigan qurilma. Kirish energiyasini olib ishlaydi, masalan elektr yoki yorug'lik, va uni aylantirish mexanik harakat yoki tovush.
Transduserlarning eng keng tarqalgan qo'llanilishi elektr signallarini tovush to'lqinlariga aylantirishdir. Ushbu turdagi transduser turli xil ilovalarda, jumladan, qo'llaniladi audio tizimlar, tibbiy asboblar va harbiy asboblar.
Endi kashf qilaylik Transduser qanday ishlaydi va uning turli xil qo'llanilishi.
Transduserlar qanday ishlaydi
Transduser elektr signalini tovush, issiqlik yoki harakat kabi jismoniy miqdorga aylantirish uchun tez-tez ishlatiladigan elektr qurilma. Ushbu konvertatsiya analog signal yoki raqamli signal ishlab chiqarish uchun sensor yordamida amalga oshiriladi. Keyin analog signal kuchlanish yoki oqimning o'qilishi mumkin bo'lgan shakliga aylanadi. Kabi turli turdagi energiya signallarini aniqlash uchun har xil turdagi transduserlar mavjud mexanik tebranishlar va bosim.
Transduserlar uchta asosiy elementni o'z ichiga oladi: manba (kirish), oraliq element (kuchaytirgich) va detektor (chiqish). Manba energiyani bosim, tovush to'lqinlari, elektr toki va boshqalar ko'rinishida qo'llaydi, ular oraliq element tomonidan aniqlanishi va aniqlash uchun yuborilishidan oldin kerak bo'lganda kuchaytirilishi mumkin. Oraliq element kirish energiyasini qabul qilganda, shuningdek, har qanday oldindan belgilangan xususiyatlarni aniqlaydi, masalan chastota va amplituda. Detektor bu xususiyatlarni aniqlaydi va keyin ularni keyingi foydalanish uchun chiqish bosqichida kuchlanish yoki oqim kabi o'lchanadigan jismoniy xususiyatga aylantiradi.
Avtomatlashtirish jarayonlarida robotlar kabi operatsion modullar bilan birlashtirilgan elektr Transduserlar robot qo'liga ta'sir etuvchi tashqi kuchlarni aniqlay olishlari va uning harakati operatsion chegaralar ichida xavfsiz bo'lishini ta'minlashlari uchun. Quvvat transduserlari sanoat boshqaruv tizimlarida ham qo'llaniladi oqimlar va kuchlanishlarni aniq nazorat qilish kerak avtomatlashtirilgan jarayonlarda uzoq muddatli barqarorlik va aniqlik uchun. Uyni avtomatlashtirish tizimlarida eshik qulflari odatda sensorlardan foydalanadi kimdir eshikka yaqinlashganda chiroqlarni yoqing yoki harakatlar sezilganda derazalarni oching uy sharoitida.
Transduser signallarining turlari
Transduserlar energiyaning bir shaklini boshqasiga aylantirish uchun ishlatiladigan tizimning tarkibiy qismlari. Ular elektr, mexanik, termal va optik kabi har xil turdagi signallarni o'lchaydi, sezadi va uzatadi. Transduser signallari asosan ikkita asosiy toifaga bo'linadi: Analog va raqamli.
Analog transduserlar bunday ma'lumotlarni elektr formatida ifodalovchi analog signallarni yaratish uchun atrof-muhitdan turli jismoniy ma'lumotlarni o'lchaydi. Bosim, harorat, tezlik va tezlanish kabi ma'lumotlar o'lchash yoki nazorat qilish uchun transduserlar yordamida analog signallarga aylantirilishi mumkin. Analog transduserlarga misollar kiradi tovush to'lqinlarini elektr kuchlanishiga aylantiradigan mikrofonlar; Mexanik tebranishlarni elektr tokiga aylantiradigan piezoelektrik akselerometrlar; haroratni aniqlaydigan termojuftlar; va boshqalar.
Raqamli transduserlar signalni jismoniy parametrlardan (masalan, yorug'lik yoki tovush) raqamli tasvirlarga aylantiradi, ular faqat transduserning o'ziga biriktirilgan raqamli signal protsessorida ishlov berish tugagandan so'ng yaratilishi mumkin. Analog signallardan farqli o'laroq, raqamli signallar analog bo'lsa, uzluksiz kuchlanish yoki oqim darajasiga emas, balki oldindan belgilangan holatga mos keladigan 0s va 1s kabi diskret darajalardan iborat. Raqamli signallarni qayta ishlash telekommunikatsiya tizimlarida keng qo'llaniladi mobil telefonlar, LED chiroqlari kabi sensorlar, quyosh panellari va hokazo, bu erda raqamli ma'lumotlar tarmoqlar bo'ylab analog-analog ma'lumotlarga nisbatan yuqori tezlikda oqadi. Buning sababi, bitta bitli uzatish uchun kontaktlarning zanglashiga olib borish qiymati, ma'lum bir chastota diapazonida masofadan turib audio to'lqin shaklini parcha-parcha yuborish uchun sxemalarni shakllantirish bilan bog'liq bo'lganidan ancha past.
ilovalar
Transduser kabi turli xil ilovalarda keng qo'llaniladi tibbiy tasvirlash asboblari, avtomobil sensorlari va sanoat jarayonlarini boshqarish tizimlari. Bu energiyani bir shakldan, analog yoki raqamli shakldan boshqa shaklga aylantiradigan qurilma. Bundan tashqari, transduserlar har qanday zamonaviy avtomatlashtirish tizimining asosi hisoblanadi, chunki ular uchun ishlatiladi signalni konvertatsiya qilish va signalni sozlash.
Keling, transduserlarning turli xil ilovalarini ko'rib chiqaylik:
avtomobil
Avtomobil transduserlari aniq ishlashi, kichik o'lchamlari va iqtisodiy samaradorligi tufayli turli xil ilovalar uchun avtomobil sanoatida keng qo'llaniladi. Ular transport vositalarini kuzatish va boshqarish tizimlarida turli xil parametrlarni o'lchash uchun ishlatiladigan juda muhim vositalardir harorat, bosim va joylashuv.
Transduserlar odatda avtomobil dvigatellarida o'lchash uchun ishlatiladi tezlik, komponentlarning joylashuvi pistonlar yoki eksantrik miller kabi, egzoz bosimi yoki ifloslantiruvchi moddalar, harorat yoki oqim tezligi. Transduserlar oddiy tekshirish usullari o'tkazib yuboradigan kutilmagan muammolarni aniqlashga yordam beradi. Misol uchun, aylanish tezligini o'zgartiruvchi vosita aylanish tezligidagi har qanday tebranishlarni o'lchash uchun ishlatilishi mumkin, bu umumiy eskirish va eskirish, anormal yonish yoki noto'g'ri moslashish muammolarini ko'rsatishi mumkin.
Avtomobilning elektr tizimida ular elektron signallarni aniqlash va uning ishlab chiqaruvchining texnik xususiyatlariga mos kelishi haqida fikr-mulohazalarni taqdim etish va avtomobil ichidagi elektr tizimlaridagi nosozliklarni bartaraf etishda yordam berish uchun ishlatilishi mumkin. Odatiy ilovalar o'lchashni o'z ichiga oladi batareya oqimi va kuchlanish darajasi (zaryadlash darajasini boshqarish uchun), yoqilg'i darajasini aniqlash (darajaning aniqligini kuzatish uchun) shuningdek yonish vaqtini aniqlash dizel va benzinli dvigatellarda (optimal yonishni ta'minlash uchun.) Ular, shuningdek, ko'pincha ventilyatsiya tizimlarida qo'llaniladi, shu jumladan qulaylik uchun tashqi havo va ichki kabinalar o'rtasidagi havo almashinuvini nazorat qilish.
Bundan tashqari, avtomatlashtirilgan robotli yig'ish liniyasi ish stantsiyalari uchun sensorlar o'rnatilgan zavod avtomatlashtirish tizimlarida foydalanish uchun transduser texnologiyasi ishlab chiqilmoqda, shuningdek, mashinalar tomonidan ishlab chiqarilgan qismlarning sifatini nazorat qilish. Bu erda transduserlardan olingan ma'lumotlar kompyuter tomonidan boshqariladigan robotlar tomonidan saqlanishi mumkin, ular nafaqat muntazam rejalashtirilgan texnik tekshiruvlarni, balki murakkab vazifalarni ham bajaradilar. hizalama muammolari yoki o'chirish bilan bog'liq nosozliklarni tashxislash ishlab chiqarish liniyalari ichida.
industrial
Sanoat ilovalari Transduserlar odatda zavodni avtomatlashtirish, jarayonni boshqarish va robototexnikada topiladi. Umumiy sanoat sensorlari tezlanish, harakat, tebranish, bosim/kuch, harorat, siljish/masofa/joylashuv va teging. Ushbu turdagi ilovalar odatda bir tomonlama aloqa tizimlari bo'lib, ularda transduser fizikni elektr energiyasiga signallarni monitoring protsessoriga qayta aloqa sifatida yoki motorlar yoki solenoidlar kabi aktuatorlar orqali jismoniy jarayonga ta'sir qiluvchi boshqaruv sxemasiga kirish sifatida o'zgartiradi.
Sensor turlarining xilma-xilligi transduserlardan metallni kesish va shakllantirish, neft konlarini burg'ulash va qayta ishlash jarayonlari (SPM), payvandlash tizimlari va yig'ish mashinalari kabi turli xil sanoat jarayonlarida foydalanishga imkon beradi. Transduser ishlatiladigan dastur turiga qarab, elektr chiqish signalini energiyaning bir shaklidan boshqa mos keladigan shaklga aylantirish kerak bo'lishi mumkin (haroratni bosimga yoki siljishni tezlikka aylantiradi).
Transduserlar hatto yirik avtomatlashtirilgan ishlab chiqarish ob'ektlarining "strategik" nuqtalarini tez-tez bog'laydigan optik tolali liniyalar bilan murakkab tarmoqlarda ham bir-biriga ulanishi mumkin. Atrof-muhitdan kelib chiqadigan fikr-mulohazalar bo'yicha chora ko'rish uchun chiqish qurilmalari xuddi shunday tarzda protsessorlardan qayta ulanishi mumkin. Sanoat transduserlari ilovalari o'lchovlarni odamlar uchun ochiq qilishdan iborat (ma'lumotlar terminali ekrani) qabul qilinadigan parametrlar bo'yicha saqlangan dasturlarga nisbatan pozitsion ma'lumotlar bo'yicha hisob-kitoblarni amalga oshirish (yopiq konturli servo-tizimlar).
tibbiy
Transduserlar tibbiy texnologiyada bir qator ilovalar uchun qo'llaniladi. Shunday ilovalardan biri elektrokardiografiya (EKG) vaqt o'tishi bilan yurakning elektr impulslarini o'lchaydi va uni grafik sifatida ko'rsatadi. Ushbu jarayonda elektrodlar tananing qismlariga, masalan, oyoq-qo'llariga yoki ko'krak qafasiga joylashtiriladi va ularni EKG apparatiga olib boradi. Elektrodlar yurak faoliyati bilan bog'liq har qanday tartibsiz urishlarni yoki boshqa aniqlanadigan holatni baholash uchun yurakning elektr faolligini aniqlaydi.
Boshqa tibbiy dastur uchun transduserlar ishlatiladi ultratovushli ko'rish va skanerlash. Bu suyaklar, mushaklar, tendonlar, ligamentlar, xaftaga va qon tomirlari kabi yumshoq to'qimalar va organlarni ko'rsatadigan tasvirlarni yaratish uchun tananing ma'lum qismlarida yuqori chastotali tovush to'lqinlarini chiqarish uchun ultratovush zond deb nomlanuvchi qurilmadan foydalanishni o'z ichiga oladi. Ushbu tasvirlar tanadagi kasalliklarni, masalan, o'smalar yoki saraton kabi boshqa kasalliklarni tashxislash uchun ishlatilishi mumkin.
Bundan tashqari, transduserlar ishlatiladi monitoring asboblari - bemorning ahvoli haqida ma'lum vaqt oralig'ida bir vaqtdan ikkinchisiga real vaqt rejimida ma'lumot beradigan qurilmalar, shu jumladan:
- Puls oksimetrlari qondagi kislorod bilan to'yinganlik darajasini o'lchaydi.
- EKG monitorlari koronar yurak tezligini yoki ritm anormalliklarini o'lchaydigan.
- uchun monitorlar harorat, nafas olish tezligi va boshqa hayotiy belgilar kabi qon bosimi va glyukoza darajasi.
Consumer Electronics
Maishiy elektronika shular jumlasidandir transduserlarning eng keng tarqalgan ilovalari. Buning sababi shundaki, transduserlar elektr energiyasini tovushga aylantirishga qodir, keyinchalik u har xil turdagi audio qurilmalarda dinamiklar tomonidan ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, transduserlar televizor va radio qurilmalarida signal-shovqin nisbatini yaxshilash uchun energiyani bir shakldan ikkinchisiga aylantirish uchun ishlatiladi. Ular, shuningdek, elektron signallarni kuchaytirilishi uchun akustik to'lqinlarga aylantirishda rol o'ynaydi.
Boshqa misollar, ularning telefonlar va minigarnituralarda ishlatilishini o'z ichiga oladi, bu erda ular ovozni kuchaytirishga yordam beradi va shuningdek fon shovqinini kamaytirish. Transduserlar, shuningdek, videokameralar va raqamli kameralar kabi video yozish uskunalarida optik signallarni elektr signallariga aylantirish uchun ishlatiladi, shunda ular raqamli ravishda saqlanishi yoki kompyuter yordamida boshqarilishi mumkin. Nihoyat, tibbiy asbob-uskunalar ko'pincha transduser texnologiyasidan foydalanadi ultratovush ko'rish va boshqa maqsadlar.
Afzalliklari va kamchiliklari
Transduser energiyaning bir turini boshqa energiyaga aylantira oladigan qurilma. U o'lchash kabi turli xil ilovalarda qo'llaniladi kuch, harorat, joylashuv, tezlik va boshqa jismoniy o'zgaruvchilar.
Ushbu maqolada biz transduserlardan foydalanishning afzalliklari va kamchiliklarini muhokama qilamiz. Transduserning afzalliklari va kamchiliklarini tushunib, uni turli xil ilovalarda qo'llash haqida qaror qabul qilishingiz mumkin.
afzalliklari
Transduser ko'pincha jismoniy miqdorni o'lchash uchun energiyani bir shakldan ikkinchisiga aylantiruvchi qurilma. Har xil turdagi transduserlar mavjud bo'lib, ularning har biri ma'lum bir maqsadga mos keladi. Transduserlar qulaylik va aniqlik nuqtai nazaridan ko'plab afzalliklarga ega va zamonaviy texnologiyalarning ajralmas qismiga aylandi.
Transduserlarning afzalliklari quyidagilardan iborat:
- Sog'lomlik: Transduserlar atrof-muhit sharoitlariga nisbatan sezgir emas va ular haddan tashqari harorat va boshqa xavfli sharoitlarda ishlatilishi mumkin. Ular, odatda, umri davomida ozgina parvarish qilishni talab qiladi.
- yuqori tezlikdagi: Ko'pgina sensorlar millisekundlarda o'qishni ta'minlay oladi, agar kerak bo'lsa, tezkor javob vaqtlari va fikr-mulohazalarni nazorat qilish imkonini beradi.
- Ko'pchilik: Jarayonni nazorat qilish o'lchovlaridan tibbiy diagnostikagacha bo'lgan transduserlarning ko'plab sezish imkoniyatlari tufayli keng ko'lamli ilovalar mumkin.
- aniqlik: Transduserdan chiqadigan signal odatda qo'lda yoki boshqa kamroq ishonchli vositalar bilan qilingan o'lchovlarga nisbatan juda aniq. O'lchov xatolari qo'lda qilingan usullardan ancha past bo'lishi mumkin.
- Xarajat samaradorligi: So'nggi yillarda texnologiyaning rivojlanishi tufayli transduser narxi keskin tushib ketdi, bu esa ularni ko'pchilik ilovalar uchun foydalanish imkonini beradi.
Kamchiliklari
Transduserlar afzalliklari ham, kamchiliklari ham bor. Ular energiyani bir shakldan ikkinchisiga aylantirishning qulay, samarali va tejamkor usuli bo'lsa-da, ularning cheklovlari bor.
Transduserlarning eng muhim kamchiliklari ularning sezgirligidir shovqin shovqini. Bu, ayniqsa, past chastotali ko'rsatkichlarni o'lchashda to'g'ri keladi. Transduserlarga boshqa elektr signallari salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin, bu esa noto'g'ri o'qish va noto'g'ri natijalarga olib keladi.
Transduserlarning yana bir kamchiligi ularning nisbatanligidir sekin javob vaqti mexanik qurilmalar yoki algoritmlar kabi energiyani aylantirishning boshqa shakllari bilan solishtirganda. Ba'zi ilovalarda, masalan, tezkor qarorlar zarur bo'lganda yoki yuqori darajadagi aniqlik zarur bo'lganda, an'anaviy usullar transduser tizimlariga qaraganda ko'proq mos kelishi mumkin.
Transduserlar ham talab qiladi maxsus ko'nikmalar ularni to'g'ri o'rnatish va ishlatish, bu esa ularni malakasiz xodimlar mavjud bo'lgan yoki atrof-muhit talab qiladigan ko'plab ilovalar uchun yaroqsiz qiladi. tez joylashtirish va oson ishlash optimal ishlash uchun.
Xulosa
Xulosa, transduserlar ko'plab sanoat va turmush tarzi qurilmalarining muhim elementi hisoblanadi. Ular elektr energiyasini mexanik energiyaga aylantira oladi va aksincha, ilgari imkoni bo'lmagan muhim o'lchovlarni olish imkonini beradi. Transduserlar keng doiradagi qo'llash sohalarini qamrab oladi va aniqroq o'lchovlarni ishlab chiqarish uchun bir-biri bilan birgalikda ishlatilishi mumkin.
Turli xil turlari dizayn va foydalanishda farqlanadi; Ultrasonik transduserlar uchun ayniqsa foydalidir buzilmaydigan sinov ob'ektga hech qanday tarzda aralashmasdan materialning qalinligini o'lchash qobiliyati tufayli. Piezoelektrik transduserlar mexanik kuchlanishni elektr potentsialiga aylantiradi, bu ularni tibbiy tasvirlash uchun mos qiladi, chunki ular ichki organlarning aniq tasvirini beradi. Nihoyat, rezistiv transduserlar harorat o'zgarishini o'lchash uchun juda mos keladi, bu ularni dvigatel haroratini kuzatish kabi avtomobillarda foydalanish uchun mos qiladi.
Umuman olganda, transduserlar katta va kichik ko'plab maqsadlarga xizmat qiladi va foydalanuvchilar o'z ehtiyojlari uchun to'g'ri turni tanlashlari uchun ushbu qurilmalar qanday ishlashini tushunishlari muhimdir. Texnologiyaning rivojlanishi bilan odamlar uchun transduser texnologiyasiga tayanadigan takomillashtirilgan sensorlardan foydalanish imkoniyatlari ko'proq bo'ladi, shuning uchun bu masalada bilimli bo'lish muhim!
Men Joost Nusselder, Neaera asoschisi va kontent sotuvchisi, otam va ishtiyoqimning markazida gitara bilan yangi jihozlarni sinab ko'rishni yaxshi ko'raman va jamoam bilan birga 2020 yildan beri chuqur blog maqolalarini yarataman. ovoz yozish va gitara maslahatlari bilan sodiq o'quvchilarga yordam berish.
