V industriji in v vsakdanjem življenju je uporaba različnih vrst signalnih pretvornikov pogosta. Te naprave je mogoče predstaviti v najširšem naboru modifikacij, prilagojenih za reševanje problemov na različnih področjih gospodarstva. Katere vrste pretvornikov signalov je mogoče pripisati najpogostejšim? Kakšne bi lahko bile značilnosti njihovega delovanja?
Kaj je namen signalnih pretvornikov?
Pretvorniki signalov so naprave, ki jih je res mogoče predstaviti v najširšem naboru rešitev. Ta izraz je pravzaprav zbirni in se lahko nanaša na opremo, ki se uporablja v različnih segmentih gospodarstva in je razvrščena po popolnoma različnih kriterijih. Glavne vrste signalov, ki jih lahko zadevne naprave pretvorijo, so:
- električna;
- zvok;
- temperatura;
- tehnološke narave.
Odvisno od nalog, s katerimi se sooča uporabnik signalnega pretvornika, lahko struktura ustrezne naprave združuje module, ki obdelujejo več različnih vrst podatkov. Pretvorba je torej lahko izvedena v okviru ene vrste signala (na primer z ene frekvence na drugo) ali pa je mehanizem, ki vključuje prevajanje med različnimi kategorijami signalov. Na primer, električni na zvok.
Najpogostejše naprave vključujejo pretvornik analognih signalov v digitalne (in obratno, če je to predvideno s strukturo notranjih modulov naprave). Razmislite o značilnostih njegovega dela.
A/D pretvornik
Zadevna naprava je zasnovana za pretvorbo katerega koli analognega signala - na primer, ki ga predstavljajo indikatorji napetosti, v digitalno obliko (ki omogoča na primer zapisovanje ustreznega signala v datoteko).
Eno od glavnih meril za učinkovitost obravnavane naprave je zmogljivost izhodnih podatkov. Njegova vrednost določa razmerje signal/šum.
Drug pomemben parameter, ki označuje kakovost delovanja takšne naprave, kot je analogni pretvornik, je hitrost oblikovanja izhodnega signala. Med tistimi napravami, ki zagotavljajo njegovo optimalno delovanje, so tiste, ki so vzporednega tipa. Tvorijo velike signalne tokove z uporabo zahtevanega števila zatičev. Ta značilnost delovanja naprave v mnogih primerih vnaprej določa sprostitev ustreznih pretvornikov, za katere so značilne velike dimenzije. Poleg tega imajo lahko analogni pretvorniki signala precej visoko porabo energije. Vendar glede na učinkovitostdelovanja teh naprav, se njihove opažene lastnosti pogosto ne štejejo za pomanjkljivosti.
Pretvorba signalov iz analognih v digitalne vzporedne naprave je zelo hitra. Če želite zagotoviti še večjo hitrost za ustrezno vrsto naprav, lahko povežete več naprav, tako da lahko izmenično obdelujejo signalne tokove.
Alternativa vzporednim rešitvam so lahko serijski signalni pretvorniki. Ponavadi so manj produktivni, a energetsko učinkovitejši. Njihova uporaba je lahko pogojena v primerih, ko gre za vprašanje zagotavljanja prenosa signalov znotraj infrastrukture z nizko zmogljivostjo ali v primeru, da ni potrebna višja stopnja pretvorbe, kot jo zagotavljajo serijske naprave..
Možno je omeniti, da obstajajo naprave mešanega tipa, ki združujejo funkcije serijskih in vzporednih pretvornikov. V mnogih primerih so najboljša rešitev v smislu izpolnjevanja meril stroškov in učinkovitosti.
Zgoraj smo omenili, da lahko analogno-digitalni pretvorniki vključujejo module, ki pretvarjajo digitalne signale v analogne. Obstaja tudi ločena kategorija naprav ustrezne vrste. Preučimo njihove značilnosti.
digitalno-analogni pretvorniki
Če ima uporabnik na primer televizor za analogni signal, potem njegovdelovanje bo možno, ko je priključena ustrezna antena. Ali pa pod pogojem preoblikovanja izvirnih signalov v analogne, ki jih ta televizor prepozna. Njihov vir je lahko digitalna antena. Ali pa signal, prejet prek interneta.
Zadevna naprava torej pretvarja signal, ki vsebuje digitalno kodo, v tok, napetost ali naboj, ki se prenese na analogne module za obdelavo. Specifični mehanizmi te transformacije so odvisni od vrste začetnih podatkov. Na primer, če govorimo o zvoku, potem je na vhodu običajno predstavljen v impulzno kodno modulacijo. Če je izvorna datoteka stisnjena, lahko za pretvorbo signalov uporabite posebne programske kodeke. Digitalna antena običajno oddaja signal za obdelavo s strojnimi metodami.
Naprave, ki vključujejo zadevne pretvornike, je mogoče dopolniti z moduli za različne namene. Na primer, pri predvajanju televizijskega oddajanja se lahko poleg tistih modulov, ki jih uporablja pretvornik, uporabi tudi ojačevalnik video signala. V mnogih primerih je to potrebno za zagotovitev visoke kakovosti slike pri pretvarjanju analognega signala v digitalni. Tudi ojačevalnik video signala se uporablja, če želite prenesti slike na precejšnjo razdaljo.
Televizija ni edino področje aktivne uporabe zadevnih naprav. Ustrezni pretvorniki so vključeni na primer v CD predvajalnike,ki tudi pretvarjajo digitalni signal v analogni.
Ultrazvočni pretvorniki
Naslednja pogosta kategorija naprav je ultrazvočni pretvornik. Opozoriti je mogoče, da ga lahko predstavljajo naprave, ki imajo najširši spekter uporabe, pa tudi načela delovanja. Med pogostimi sortami ultrazvočnih pretvornikov je potopna enota, ki je zasnovana za prenos ultrazvoka z določeno frekvenco v vodo ali drug tekoči medij. Ta naprava se lahko uporablja na primer za čiščenje različnih predmetov pred onesnaževalci – kot del kopeli, ki se uporablja za ultrazvočno čiščenje.
Obstajajo še druga področja uporabe obravnavanih naprav. Ultrazvočni pretvornik se lahko uporablja za nadzor celovitosti določenih struktur, povezav, za preverjanje poškodb določenih predmetov.
Linearni in impulzni pretvorniki
Glede na značilnosti uporabe pretvornikov bo koristno biti pozoren na klasifikacijo, po kateri so razdeljeni na linearne in impulzne. Pravzaprav ta merila odražata dve najpomembnejši načeli za delovanje pretvornikov.
Tisti, ki so linearni, lahko delujejo na principu analognega vezja, v katerem se pretvorjeni signali oblikujejo gladko. Impulzni pretvornik prevzame bolj aktivno predstavitev signalov tako na izhodu kot med njihovo notranjo obdelavo. Vendar pa v primeru, četa operacija se izvaja samo na notranji stopnji obdelave signala, ustrezna naprava lahko ustvari skoraj enake indikatorje kot v primeru, ko se uporablja linearni pretvornik. Tako lahko koncept linearne ali impulzne obdelave obravnavamo le v okviru načela delovanja ključnih komponent strojne opreme ustrezne vrste naprave.
Pretvorniki impulzov se uporabljajo predvsem v primerih, ko se pričakuje, da bo uporabljena infrastruktura obdelala signale visoke moči. To je posledica dejstva, da je učinkovitost ustreznih naprav v takih primerih veliko večja kot pri obdelavi signalov manjše moči. Drugi dejavnik pri izbiri teh rešitev je uporaba transformatorskih ali kondenzatorskih naprav kot dela uporabljene infrastrukture, s katerimi so impulzni pretvorniki optimalno združljivi.
Po drugi strani je linearni pretvornik naprava, ki se uporablja v okviru infrastrukture, v kateri se izvaja obdelava signala z nizko močjo. Ali če je treba zmanjšati hrup, ki nastane zaradi delovanja pretvornika. Omeniti velja, da učinkovitost obravnavanih rešitev v infrastrukturi velike moči ni najbolj izstopajoča, zato te naprave najpogosteje oddajajo večjo količino toplote kot impulzni pretvorniki. Poleg tega sta tudi njihova teža in dimenzije bistveno večje.
Toda tako ali drugače lahko v praksi delovanje pretvornika po impulznem principu vključujeoblikovanje njegove prenosne funkcije v linearni obliki. Zato je treba pred implementacijo ustreznih kondicionirnikov signala v infrastrukturo upoštevati njihovo notranjo strukturo za uporabljeno shemo obdelave signala.
Merilni pretvorniki
Druga pogosta kategorija rešitev so pretvorniki. Kakšne so njihove značilnosti? Merilni pretvornik je naprava, ki je lahko predstavljena tudi v velikem številu različic. Kar združuje te naprave, je njihova sposobnost merjenja in preoblikovanja določenih količin.
Običajno je upoštevati shemo delovanja merilnih naprav ustrezne vrste, v kateri se signal obdeluje v več fazah. Najprej jo pretvornik sprejme, nato pretvori v vrednost, ki jo je mogoče izmeriti, nato pa jo pretvori v neko uporabno energijo. Na primer, če se uporablja analogni merilni pretvornik toka, se električna energija pretvori v mehansko energijo.
Seveda lahko specifične mehanizme za uporabo ustreznih rešitev predstavimo v izjemno širokem razponu. Uporaba merskih transformacij v znanstvene namene kot dela infrastrukture za izvajanje eksperimentov in raziskav je zelo razširjena. Kar združuje večino merilnih pretvornikov, je njihova prilagodljivost predvsem za delo z uporabo normaliziranih karakteristik pri obdelavi ali preoblikovanju signala. LahkoUpoštevajte, da te specifikacije morda niso vedno namenjene končnemu uporabniku pretvornika. Njihova aktivacija se v mnogih primerih izvaja v skritem načinu. Oseba z uporabo ustreznih pretvornikov signalov na izhodu prejme samo zahtevani signal, prilagojen za uporabo v različne namene.
Tako se te rešitve praviloma ne uporabljajo kot samostojne vrste infrastrukture. So del kompleksnejših naprav – na primer sistemov za avtomatizacijo meritev v proizvodnji. Merilne pretvornike najpogosteje razvrščamo v 2 glavni skupini - primarni in vmesni. Koristno bo upoštevati posebnosti obeh.
Razvrstitev merilnih pretvornikov: primarne in vmesne rešitve
Naprave, ki spadajo v kategorijo primarnih, se praviloma uporabljajo kot senzorji. To pomeni, da so pretvorniki, na katere ena ali druga izmerjena vrednost deluje neposredno. Preostale naprave so razvrščene kot vmesne. V merilno infrastrukturo so nameščeni takoj za prvimi in so lahko odgovorni za veliko število operacij, povezanih s transformacijo. Katere specifične operacije lahko izvede pretvornik nivoja signala ustrezne vrste? Te se običajno imenujejo:
- merjenje fizičnih kazalnikov za različne količine;
- različne preobrazbe lestvice;
- pretvorba digitalnih signalov v analogne in obratno;
- funkcionalne transformacije.
Upoštevajte, da je podobnoRazvrstitev se lahko šteje za pogojno. To je predvsem posledica dejstva, da se lahko v istem merilnem instrumentu nahaja več primarnih pretvornikov. Drug razlog za pogojno obravnavanje zgoraj obravnavane razvrstitve je, da se lahko meritve v različnih vrstah infrastrukture izvajajo po različnih načelih.
Ojačevalne cevi
Druga vrsta naprave, ki je priljubljena v različnih sektorjih gospodarstva, je cev za ojačenje slike. Tako kot druge zgoraj obravnavane vrste naprav je lahko predstavljena v široki paleti modelov. Elektronsko-optične pretvornike združuje skupno načelo delovanja: vključuje pretvorbo nevidnega predmeta - na primer, osvetljenega z infrardečimi, ultravijoličnimi ali na primer rentgenskimi žarki, v vidni spekter.
V tem primeru se ustrezna operacija praviloma izvede v 2 stopnjah. Na prvi stopnji fotokatoda sprejme nevidno sevanje, nato pa se pretvori v elektronske signale. Ki se že v drugi fazi pretvorijo v vidno sliko in prikažejo na zaslonu. Če je to računalniški monitor, se lahko signal predhodno pretvori v digitalno kodo.
Ojačevalne cevi so rešitve, ki so tradicionalno razvrščene v več generacij. Naprave, povezane s prvim, vključujejo stekleno vakuumsko bučko. Vsebuje fotokatodo in anodo. Med njimi se oblikuje potencialna razlika. Ob prijavi zaOptimalen pretvornik napetosti v notranjosti tvori elektronsko lečo, ki je sposobna fokusirati tokove elektronov.
Pretvorniki druge generacije imajo module za pospeševanje elektronov, kar ima za posledico povečano svetlost slike. Naprave tretje generacije uporabljajo materiale, ki omogočajo povečanje občutljivosti fotokatode kot ključne komponente elektronsko-optičnega pretvornika za več kot 3-krat.
Lastnosti uporovnih pretvornikov
Druga pogosta vrsta naprav so uporovni pretvorniki. Podrobneje razmislite o njihovih značilnostih.
Ti pretvorniki so prilagojeni spreminjanju lastnega električnega upora pod vplivom ene ali druge merjene količine. Prav tako lahko popravijo kotno in linearno gibanje. Najpogosteje so ti pretvorniki vključeni v sisteme avtomatizacije s senzorji za tlak, temperaturo, stopnjo osvetlitve in merjenje intenzivnosti različnih vrst sevanja. Glavne prednosti uporovnih pretvornikov:
- zanesljivost;
- ni povezave med natančnostjo meritev in stabilnostjo napajalne napetosti.
Obstaja veliko različnih vrst povezanih naprav. Med najbolj priljubljenimi so temperaturni senzorji. Preučimo njihove značilnosti.
Uporovni temperaturni senzorji
Ti signalni pretvorniki imajo komponente, ki so občutljive na spremembe temperature okolice. Če se dvigne, se lahko njihov upor poveča. Za te naprave je značilna predvsem zelo visoka natančnost. V nekaterih primerih omogočajo spreminjanje temperature z natančnostjo približno 0,026 stopinj Celzija. Te naprave vsebujejo elemente iz platine - v tem primeru bo uporni koeficient nižji ali baker.
Za uporabo uporovnih senzorjev so značilne številne nianse. Zato je treba upoštevati, da višje vrednosti vzbujalnega toka, ki se dovaja senzorju, povečajo njegovo temperaturno občutljivost, hkrati pa segrejejo elemente ustreznega pretvornika. To v mnogih primerih povzroči zmanjšanje njegove natančnosti. Zato je priporočljivo zagotoviti optimalno delovanje vzbujevalnega toka ob upoštevanju posebnih merilnih pogojev. Izračun lahko vzame na primer toplotno prevodnost medija, v katerem se uporablja senzor - zraka ali vode. Praviloma priporočene kazalnike za vzbujevalne tokove določijo proizvajalci senzorjev ustrezne vrste. Lahko pa se bistveno razlikujejo glede na kovine, uporabljene pri oblikovanju naprav. Poleg tega je treba pri uporabi zadevnih senzorjev upoštevati takšen kazalnik, kot je mejna vrednost za delovni tok. Običajno ga določi tudi proizvajalec.
Uporovni senzorji so med najpogostejšimi vrstami pretvornikov v gospodinjstvu. To je v veliki meri posledica pomembnih tehnoloških prednosti mnogih njihovih sort. Na primer, čegovorimo o termistorjih - zanje je značilna visoka občutljivost, kompaktnost, majhna teža. Ustrezen tip senzorjev se lahko uporablja za merjenje temperature zraka v različnih pogojih. Njihova proizvodnja najpogosteje ne vključuje velikih stroškov. Res je, da imajo termistorji tudi slabosti - najprej je to visoka stopnja nelinearnosti, zaradi česar se lahko uporabljajo v praksi v precej ozkih temperaturnih območjih.
Ustrezne vrste signalnih pretvornikov (njihove vrste in namen je mogoče določiti na podlagi različnih klasifikacijskih kriterijev) se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju. Na primer, običajno je, da se v svojo sestavo vključijo temperaturni senzorji, ki vsebujejo platine in bakrene elemente:
- ogrevalna infrastruktura - za merjenje temperature hladilne tekočine v določenih delih opreme, pa tudi v ogrevanem prostoru;
- pralni stroji - za merjenje temperature vode in prilagajanje različnim programom pranja;
- likalniki - podobno za zagotovitev optimalne temperature likanja v določenem načinu delovanja;
- električni štedilniki, pa tudi druge vrste opreme za kuhanje - tudi za zagotovitev njihovega delovanja, ko so aktivirani določeni uporabniški načini.
reostatski pretvorniki
Druga priljubljena vrsta uporovnih naprav so reostatski pretvorniki. Njihovo načelo delovanja temelji na merjenju električnega uporaenega ali drugega prevodnika pod vplivom vhodnega premika. V praksi ta pretvornik vključuje elemente, ki so zaradi vpliva izmerjene vrednosti prilagojeni premikanju. Najpogosteje so zadevne naprave vključene v napetostne delilnike ali se uporabljajo kot sestavni element merilnih mostov.
Če govorimo o prednostih, ki so značilne za reostatske pretvornike, potem te vključujejo:
- brez reaktivnega učinka na gibljive komponente;
- visoka učinkovitost;
- majhne dimenzije, možnost uporabe v infrastrukturi, ki deluje tako na enosmerni kot na izmenični tok.
Hkrati uporovni pretvorniki ustrezne vrste niso vedno zanesljivi in v mnogih primerih zahtevajo znatna sredstva podjetja za vzdrževanje funkcionalnosti.
