В индустрията и в ежедневието използването на различни видове сигнални преобразуватели е често срещано. Тези устройства могат да бъдат представени в най-широк набор от модификации, адаптирани за решаване на проблеми в различни области на икономиката. Какви видове сигнални преобразуватели могат да бъдат приписани на най-често срещаните? Какви могат да бъдат характеристиките на тяхната работа?
Каква е целта на сигналните преобразуватели?
Преобразувателите на сигнал са устройства, които наистина могат да бъдат представени в най-широка гама от решения. Този термин всъщност е сборен и може да се отнася за оборудване, използвано в различни сегменти на икономиката и класифицирано по напълно различни критерии. Основните типове сигнали, които въпросните устройства могат да конвертират са:
- електрически;
- звук;
- температура;
- технологичен характер.
В зависимост от задачите, пред които е изправен потребителят на сигналния преобразувател, структурата на съответното устройство може да комбинира модули, които обработват няколко различни типа данни. Следователно преобразуването може да се извърши в рамките на един тип сигнал (например от една честота на друга) или да бъде механизъм, който включва превод между различни категории сигнали. Например, електрически към звук.
Най-често срещаните устройства включват преобразувател на аналогови сигнали в цифров (и обратно, ако това е предвидено от структурата на вътрешните модули на устройството). Помислете за характеристиките на неговата работа.
A/D конвертор
Въпросното устройство е предназначено да преобразува всеки аналогов сигнал - например, представен от индикатори за напрежение, в цифров вид (позволяващ например да запише съответния сигнал във файл).
Един от основните критерии за ефективност на разглежданото устройство е капацитетът на изходните данни. Неговата стойност определя съотношението сигнал/шум.
Друг важен параметър, който характеризира качеството на работа на такова устройство като аналогов преобразувател, е скоростта на формиране на изходния сигнал. Сред тези устройства, които осигуряват оптималната му производителност, са тези, които са от паралелен тип. Те образуват големи сигнални потоци, използвайки необходимия брой изводи. Тази особеност на функционирането на устройството в много случаи предопределя освобождаването на съответните преобразуватели, характеризиращи се с големи размери. Освен това преобразувателите на аналогов сигнал могат да имат доста високо ниво на консумация на енергия. Въпреки това, като се има предвид ефективносттаработата на тези устройства, техните отбелязани характеристики често не се считат за недостатъци.
Преобразуването на сигнали от аналогови към цифрови паралелни устройства е много бързо. За да осигурите още по-висока скорост за съответния тип устройства, можете да свържете няколко устройства, така че те да обработват сигнални потоци на свой ред.
Алтернатива на паралелните решения могат да бъдат преобразуватели на сигнал от сериен тип. Те са склонни да бъдат по-малко продуктивни, но по-енергийно ефективни. Използването им може да бъде обусловено в случаите, когато има въпрос за осигуряване на предаване на сигнали в рамките на инфраструктура с нисък капацитет или в случай, че не се изисква по-висока скорост на преобразуване от тази, предоставена от серийните устройства..
Може да се отбележи, че има устройства от смесен тип, които комбинират функциите на серийни и паралелни преобразуватели. В много случаи те са най-доброто решение по отношение на изпълнението на критериите за цена и ефективност.
По-горе отбелязахме, че аналогово-цифровите преобразуватели могат да включват модули, които преобразуват цифрови сигнали в аналогови. Има и отделна категория устройства от съответния тип. Нека проучим техните характеристики.
Цифрово-аналогови преобразуватели
Ако потребителят има например телевизор за аналогов сигнал, тогава неговиятработата ще бъде възможна, когато е свързана подходяща антена. Или подлежи на трансформиране на оригиналните сигнали в аналогови, които този телевизор може да разпознае. Техният източник може от своя страна да бъде цифрова антена. Или, алтернативно, сигнал, получен през Интернет.
Следователно въпросното устройство преобразува сигнал, съдържащ цифров код, в ток, напрежение или заряд, който се прехвърля към аналогови модули за обработка. Специфичните механизми на тази трансформация зависят от вида на изходните данни. Например, ако говорим за звук, тогава на входа той обикновено се представя в импулсна кодова модулация. Ако изходният файл е компресиран, тогава могат да се използват специални софтуерни кодеци за конвертиране на сигналите. От своя страна цифровата антена обикновено предава сигнала за обработка чрез хардуерни методи.
Устройствата, които включват въпросните преобразуватели, могат да бъдат допълнени с модули за различни цели. Например, когато се осигурява възпроизвеждане на телевизионно предаване, може да се използва усилвател на видеосигнал в допълнение към онези модули, които се използват от конвертора. В много случаи това е необходимо, за да се осигури високо качество на картината при преобразуване на аналогов сигнал в цифров. Също така се използва усилвател на видеосигнал, ако трябва да прехвърляте снимки на значително разстояние.
Телевизията не е единствената област на активно приложение на въпросните устройства. Съответните преобразуватели са включени например в CD плейъри,които също преобразуват цифровия сигнал в аналогов.
Ултразвукови трансдюсери
Следващата често срещана категория устройства са ултразвуковите преобразуватели. Може да се отбележи, че той може да бъде представен от устройства, които имат най-широк спектър от приложения, както и принципи на работа. Сред често срещаните разновидности на ултразвукови преобразуватели е потопяем блок, който е предназначен да предава ултразвук с определена честота във вода или друга течна среда. Това устройство може да се използва например за почистване на различни предмети от замърсители - като част от вани, използвани за ултразвуково почистване.
Има и други области на приложение на разглежданите устройства. Ултразвуков преобразувател може да се използва за контрол на целостта на определени структури, връзки, за проверка на определени обекти за повреди.
Линейни и импулсни преобразуватели
Като се имат предвид характеристиките на използването на преобразуватели, ще бъде полезно да се обърне внимание на класификацията, според която те са разделени на линейни и импулсни. Всъщност тези критерии отразяват двата най-важни принципа за работата на преобразувателите.
Тези, които са линейни, могат да работят на принципа на аналоговата схема, при която преобразуваните сигнали се формират с плавно темпо. Импулсният преобразувател приема по-активно представяне на сигналите както на изхода, така и по време на тяхната вътрешна обработка. Въпреки това, в случай, четази операция се извършва само на вътрешния етап на обработка на сигнала, съответното устройство може да генерира практически същите индикатори, както в случая, когато се използва линеен преобразувател. По този начин концепцията за линейна или импулсна обработка може да се разглежда само в контекста на принципа на действие на ключовите хардуерни компоненти на устройство от съответния тип.
Импулсните преобразуватели се използват главно в случаите, когато се очаква използваната инфраструктура да обработва сигнали с висока мощност. Това се дължи на факта, че ефективността на съответните устройства в такива случаи е много по-висока, отколкото когато се използват за обработка на сигнали с по-ниска мощност. Друг фактор при избора на тези решения е използването на трансформаторни или кондензаторни устройства като част от използваната инфраструктура, с която импулсните преобразуватели имат оптимална съвместимост.
От своя страна линеен преобразувател е устройство, което се използва в рамките на инфраструктура, в която се извършва обработка на сигнали с ниска мощност. Или ако има нужда от намаляване на шума, генериран поради работата на преобразувателя. Струва си да се отбележи, че ефективността на разглежданите решения в инфраструктура с висока мощност не е най-забележителната, следователно тези устройства най-често излъчват по-голямо количество топлина от импулсните преобразуватели. Освен това теглото и размерите им също са значително по-големи.
Но, по един или друг начин, на практика работата на преобразувателя според импулсния принцип може да включваформирането на неговата предавателна функция в линейна форма. Ето защо, преди да се внедрят подходящите сигнални преобразуватели в инфраструктурата, тяхната вътрешна структура трябва да се разгледа за приложената схема за обработка на сигнала.
Измервателни преобразуватели
Друга често срещана категория решения са преобразувателите. Какви са техните характеристики? Измервателният преобразувател е устройство, което също може да бъде представено в голям брой разновидности. Това, което обединява тези устройства, е способността им едновременно да измерват и трансформират определени количества.
Обичайно е да се разглежда схемата на работа на измервателни уреди от съответния тип, при която сигналът се обработва на няколко етапа. Първо, преобразувателят го получава, след това го трансформира в стойност, която може да бъде измерена, след което я трансформира в някаква полезна енергия. Например, ако се използва аналогов измервателен токов преобразувател, тогава електрическата енергия се трансформира в механична енергия.
Разбира се, специфични механизми за прилагане на подходящи решения могат да бъдат представени в изключително широк диапазон. Използването на измервателни трансформации за научни цели като част от инфраструктурата за провеждане на експерименти и изследвания е широко разпространено. Това, което обединява повечето измервателни преобразуватели, е тяхната адаптивност, преди всичко, да работят с използването на нормализирани характеристики при обработка или трансформиране на сигнал. МогаИмайте предвид, че тези спецификации не винаги са предназначени за крайния потребител на инвертора. Активирането им в много случаи се извършва в скрит режим. Човек, използвайки подходящи сигнални преобразуватели, получава на изхода само необходимия сигнал, пригоден за използване за различни цели.
По този начин тези решения, като правило, не се използват като самостоятелни видове инфраструктура. Те са част от по-сложни устройства – например системи за автоматизация на измерване в производството. Измервателните преобразуватели най-често се класифицират в 2 основни групи – първични и междинни. Ще бъде полезно да разгледате спецификата и на двете.
Класификация на измервателните преобразуватели: първични и междинни решения
Устройствата, принадлежащи към категорията първични, като правило се използват като сензори. Тоест те са преобразуватели, върху които една или друга измерена стойност действа директно. Останалите устройства са класифицирани като междинни. Те се поставят в измервателната инфраструктура непосредствено след първите и могат да бъдат отговорни за голям брой операции, свързани с трансформацията. Какви специфични операции могат да се извършват от преобразувател на нивото на сигнала от съответния тип? Те обикновено се наричат:
- измерване на физически показатели за различни количества;
- различни мащабни трансформации;
- преобразуване на цифрови сигнали в аналогови и обратно;
- функционални трансформации.
Забележете, че подобенкласификацията може да се счита за условна. Това се дължи преди всичко на факта, че няколко първични преобразувателя могат да бъдат разположени в един и същ измервателен уред. Друга причина да се счита за условна класификацията, обсъдена по-горе, е, че в различни типове инфраструктура измерванията могат да се извършват според различни принципи.
Усилвателни тръби
Друг тип устройство, популярен в различни сектори на икономиката, е тръба за усилване на изображението. Той, подобно на други видове устройства, обсъдени по-горе, може да бъде представен в широка гама от дизайни. Електронно-оптичните преобразуватели са обединени от общ принцип на действие: включва преобразуването на невидим обект - например, осветен от инфрачервени, ултравиолетови или, например, рентгенови лъчи, във видимия спектър.
В този случай съответната операция, като правило, се извършва на 2 етапа. На първия етап невидимото излъчване се приема от фотокатод, след което се трансформира в електронни сигнали. Които вече на втория етап се превръщат във видимо изображение и се показват на екрана. Ако е компютърен монитор, тогава сигналът може да бъде предварително преобразуван в цифров код.
Усилвателните тръби са решения, които традиционно се класифицират в няколко поколения. Устройствата, свързани с първото, включват стъклена вакуумна колба. Съдържа фотокатод и анод. Между тях се образува потенциална разлика. При кандидатстване заОптималният преобразувател на напрежение вътре в него образува електронна леща, способна да фокусира електронните потоци.
Преобразувателите от второ поколение имат модули за ускорение на електрони, което води до повишена яркост на изображението. Устройствата от трето поколение използват материали, които позволяват увеличаване на чувствителността на фотокатода като ключов компонент на електронно-оптичния преобразувател с повече от 3 пъти.
Характеристики на резистивните преобразуватели
Друг често срещан тип устройство са резистивните преобразуватели. Разгледайте характеристиките им по-подробно.
Тези преобразуватели са пригодени да променят собственото си електрическо съпротивление под влияние на една или друга измерена величина. Те също така могат да коригират ъглови и линейни движения. Най-често тези преобразуватели се включват в системи за автоматизация със сензори за налягане, температура, ниво на осветеност и измерване на интензитета на различни видове радиация. Основни предимства на резистивните преобразуватели:
- надеждност;
- няма връзка между точността на измерванията и стабилността на захранващото напрежение.
Има голям брой разновидности на свързани устройства. Сред най-популярните са температурните сензори. Нека проучим техните характеристики.
Резистивни температурни сензори
Тези сигнални преобразуватели имат компоненти, които са чувствителни към промените в температурата на околната среда. Ако се повиши, тогава тяхната устойчивост може да се увеличи. Тези устройства се характеризират преди всичко с много висока точност. В някои случаи те дават възможност за промяна на температурата с точност от около 0,026 градуса по Целзий. Тези устройства съдържат елементи, изработени от платина - в този случай коефициентът на съпротивление ще бъде по-нисък или мед.
Използването на резистивни сензори се характеризира с редица нюанси. Така че трябва да се има предвид, че по-високите стойности на тока на възбуждане, подаван на сензора, повишават неговата температурна чувствителност, но в същото време нагряват елементите на съответния преобразувател. Това в много случаи води до намаляване на неговата точност. Поради това се препоръчва да се осигури оптимална производителност на тока на възбуждане, като се вземат предвид специфичните условия на измерване. Изчислението може да вземе например топлопроводимостта на средата, в която се използва сензорът - въздух или вода. По правило препоръчителните индикатори за токове на възбуждане се задават от производителите на сензори от съответния тип. Те обаче могат да варират значително в зависимост от металите, използвани в дизайна на устройствата. Освен това, когато използвате въпросните сензори, е необходимо да се вземе предвид такъв индикатор като граничната стойност за работния ток. Обикновено се определя и от производителя.
Резистивните сензори са сред най-разпространените видове преобразуватели в домакинството. Това до голяма степен се дължи на значителните технологични предимства на много от техните разновидности. Например, акоговорим за термистори - те се характеризират с висока чувствителност, компактност, ниско тегло. Подходящият тип сензори могат да се използват за измерване на температурата на въздуха при различни условия. Производството им най-често не включва значителни разходи. Вярно е, че термисторите също имат недостатъци - на първо място, това е висока степен на нелинейност, в резултат на което те могат да се използват на практика в доста тесни температурни диапазони.
Съответният тип сигнални преобразуватели (техните видове и предназначение могат да се определят въз основа на различни критерии за класификация) се използват широко в ежедневието. Например, обичайно е да се включват температурни сензори, съдържащи платинени и медни елементи в състава си:
- отоплителна инфраструктура - за измерване на температурата на охлаждащата течност в определени части на оборудването, както и в отопляваното помещение;
- перални машини - за измерване на температурата на водата и настройка на различни програми за пране;
- ютии - по подобен начин за осигуряване на оптимална температура на гладене в рамките на определен режим на работа;
- електрически печки, както и други видове уреди за готвене - също така, за да се гарантира тяхното функциониране при активиране на определени потребителски режими.
Реостатни преобразуватели
Друг популярен тип резистивни устройства са реостатните преобразуватели. Техният принцип на действие се основава на измерване на електрическото съпротивлениена един или друг проводник под влияние на входно изместване. На практика този преобразувател включва елементи, които са пригодени да се движат поради влиянието на измерената стойност. Най-често въпросните устройства се включват в разделители на напрежение или се използват като неразделен елемент от измервателни мостове.
Ако говорим за предимствата, които характеризират реостатните преобразуватели, тогава те включват:
- няма реактивен ефект върху движещите се компоненти;
- висока ефективност;
- малки размери, възможност за използване в инфраструктура, работеща както на постоянен, така и на променлив ток.
В същото време резистивните преобразуватели от съответния тип не винаги са надеждни и в много случаи изискват значителни ресурси от предприятието за поддържане на функционалност.
