Преобразователь

Преобразователь — это устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую. Обычно преобразователь преобразует сигнал в одной форме энергии в сигнал в другой. ^[1]Преобразователи часто используются в системах автоматизации , измерения и управления , где электрические сигналы преобразуются в другие физические величины (энергию, силу, крутящий момент, свет, движение, положение и т. д.) и обратно. Процесс преобразования одной формы энергии в другую известен как трансдукция. ^[2]

Типы

Механические преобразователи преобразуют физические величины в механические выходные данные и наоборот;
Электрические преобразователи преобразуют физические величины в электрические выходные данные или сигналы. Примеры:
- термопара , преобразующая разницу температур в небольшое напряжение;
- линейный дифференциальный трансформатор (LVDT), используемый для измерения изменений смещения (положения) с помощью электрических сигналов.

Датчики, исполнительные механизмы и трансиверы

Преобразователи можно разделить на категории по направлению прохождения информации через них:

Датчик — это преобразователь, который получает сигнал или стимул от физической системы и реагирует на него. ^[3]^[4]^[2] Он производит сигнал , который представляет информацию о системе, которая используется каким-либо типом телеметрической, информационной или управляющей системы .
Исполнительный механизм — это устройство, которое отвечает за перемещение или управление механизмом или системой. Управляется по сигналу системы управления или ручного управления. Он приводится в действие источником энергии, которым может быть механическая сила, электрический ток, давление гидравлической жидкости или пневматическое давление, и преобразует эту энергию в движение. Исполнительный механизм — это механизм, с помощью которого система управления воздействует на окружающую среду. Система управления может быть простой (стационарная механическая или электрическая система), программной (например, драйвер принтера, система управления роботом ), человеком или любым другим вводом. ^[2]
Двунаправленные преобразователи могут преобразовывать физические явления в электрические сигналы, а электрические сигналы — в физические явления. Примером двунаправленного преобразователя является антенна , которая может преобразовывать радиоволны ( электромагнитные волны ) в электрический сигнал для обработки радиоприемником или переводить электрический сигнал от передатчика в радиоволны. Другим примером являются звуковые катушки , которые используются в громкоговорителях для преобразования электрического звукового сигнала в звук и в динамических микрофонах для преобразования звуковых волн в звуковой сигнал. ^[2]
Трансиверы обладают функцией одновременной двунаправленной связи. Наиболее распространенным примером, вероятно, являются радиоприемопередатчики ( в самолетах называемые транспондерами), используемые практически во всех формах беспроводной (теле)связи и соединениях сетевых устройств. Другим примером являются ультразвуковые приемопередатчики , которые используются, например, при медицинском ультразвуковом (эхо) сканировании.

Активные и пассивные преобразователи

Для работы пассивных преобразователей требуется внешний источник питания, который называется сигналом возбуждения. Сигнал модулируется датчиком для получения выходного сигнала. Например, термистор не генерирует никакого электрического сигнала, но, пропуская через него электрический ток, его сопротивление можно измерить, обнаружив изменения тока или напряжения на термисторе. ^[5]^[2]

Активные преобразователи, напротив, генерируют электрический ток в ответ на внешний стимул, который служит выходным сигналом без необходимости использования дополнительного источника энергии. Такими примерами являются фотодиод , пьезоэлектрический датчик , фотоэлектрический датчик, термопара . ^[5]

Характеристики

Некоторые характеристики, которые используются для оценки датчиков:

Динамический диапазон : это соотношение между сигналом наибольшей амплитуды и сигналом наименьшей амплитуды, который преобразователь может эффективно преобразовать. ^[2] Датчики с большим динамическим диапазоном более «чувствительны» и точны.
Повторяемость : это способность преобразователя выдавать идентичный выходной сигнал при стимулировании одним и тем же входным сигналом.
Шум некоторый случайный шум : Все преобразователи добавляют к своему выходному сигналу . В электрических преобразователях это может быть электрический шум, возникающий из-за теплового движения зарядов в цепях. Шум искажает небольшие сигналы сильнее, чем большие.
Гистерезис : это свойство, при котором выходной сигнал преобразователя зависит не только от его текущего входного сигнала, но и от его предыдущего входного сигнала. Например, привод, в котором используется зубчатая передача , может иметь некоторый люфт , а это означает, что если направление движения привода изменится на противоположное, перед реверсом выходного сигнала привода возникнет мертвая зона, вызванная люфтом между зубьями шестерни.

Приложения

Электромагнитный

Антенны - преобразуют распространяющиеся электромагнитные волны в проводимые электрические сигналы и обратно.
Магнитные картриджи — преобразуют относительное физическое движение в электрические сигналы и обратно.
Ленточная головка , дисковые головки чтения и записи — преобразуют магнитные поля на магнитном носителе в электрические сигналы и обратно.
Датчики Холла – преобразуют уровень магнитного поля в электрический сигнал.
Звукосниматели - обнаруживают движение металлических струн и вызывают электрический сигнал (переменное напряжение).

Электрохимический

Электромеханический

Электромеханический вход питает счетчики и датчики, а электромеханические выходные устройства обычно называются исполнительными механизмами ):

Акселерометры
Датчики расхода воздуха
Электроактивные полимеры
Роторные двигатели , линейные двигатели
Гальванометры
Линейные регулируемые дифференциальные трансформаторы или вращающиеся регулируемые дифференциальные трансформаторы
Тензодатчики — преобразуют силу в электрический сигнал мВ/В с помощью тензодатчиков.
Микроэлектромеханические системы
Потенциометры (при использовании для измерения положения)
Датчики давления
Струнные потенциометры
Тактильные датчики
Генераторы с вибрационным приводом
Гироскопы вибрирующей конструкции

Электроакустический

Громкоговорители , наушники — преобразуют электрические сигналы в звук ( усиленный сигнал → магнитное поле → движение → давление воздуха)
Микрофоны – преобразуют звук в электрический сигнал (давление воздуха → движение проводника/катушки → магнитное поле → электрический сигнал). ^[2]
Тактильные преобразователи — преобразуют электрический сигнал в вибрацию (электрический сигнал → вибрация).
Термофоны - преобразуют электрические сигналы в колебания температуры, которые становятся звуком (электрический сигнал → Периодический нагрев тонкого проводника → температурные волны → звуковые волны).
Пьезоэлектрические кристаллы - преобразуют деформации твердотельных кристаллов (вибрации) в электрические сигналы и обратно.
Геофоны – преобразуют движение (перемещение) грунта в напряжение (вибрации → движение проводника/катушки → магнитное поле → сигнал).
Звукосниматели граммофона - (давление воздуха → движение → магнитное поле → электрический сигнал)
Гидрофоны – преобразуют изменения давления воды в электрический сигнал.
Сонарные транспондеры (давление воды → движение проводника/катушки → магнитное поле → электрический сигнал)
Ультразвуковые трансиверы , передающие ультразвук (преобразованный из электричества), а также принимающие его после отражения звука от целевых объектов, используемые для визуализации этих объектов.

Электрооптический

Также известен как фотоэлектрический :

Люминесцентные лампы – преобразуют электрическую энергию в некогерентный свет.
Лампы накаливания — преобразуют электрическую энергию в некогерентный свет.
Светодиоды — преобразуют электрическую энергию в некогерентный свет.
Лазерные диоды — преобразуют электрическую энергию в когерентный свет.
Фотодиоды , фоторезисторы , фототранзисторы , фотоумножители — преобразуют изменяющиеся уровни освещенности в электрические сигналы.
Фотодетектор , фоторезистор или светозависимый резистор (LDR) — преобразует изменения уровня освещенности в изменения электрического сопротивления.
Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) — преобразуют электрические сигналы в визуальные сигналы.

Электростатический

Электрометры

термоэлектрический

Температурные датчики сопротивления (RTD) – преобразуют температуру в сигнал электрического сопротивления.
Термопары - преобразуют относительные температуры металлических переходов в электрическое напряжение.
Термисторы (включая резистор PTC и резистор NTC)

Радиоакустический

Трубки Гейгера-Мюллера – преобразуют падающее ионизирующее излучение в электрический импульсный сигнал.
Радиоприемники преобразуют электромагнитные сигналы в электрические сигналы.
Радиопередатчики преобразуют электрические сигналы в электромагнитные передачи.

См. также

Ссылки

^ Агарвал, Анант; Ланг, Джеффри Х. (2005). Основы аналоговых и цифровых электронных схем . Амстердам: Эльзевир. п. 43. ИСБН 9780080506814 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Винер, Итан (2013). «Часть 3». Плазменный динамик . Нью-Йорк и Лондон: Focal Press. ISBN 978-0-240-82100-9 .
^ Фрейден Дж. (2016). Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и применение 5-е изд. Спрингер. стр.1
^ Калантар-заде, К. (2013). Датчики: вводный курс, издание 2013 г. Спрингер. стр.1
^ Jump up to: ^а ^б Фрейден Дж. (2016). Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и применение 5-е изд. Спрингер. стр.7

Внешние ссылки

[1] Агарвал, Анант; Ланг, Джеффри Х. (2005). Основы аналоговых и цифровых электронных схем . Амстердам: Эльзевир. п. 43. ИСБН 9780080506814 .

[Audio1-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Винер, Итан (2013). «Часть 3». Плазменный динамик . Нью-Йорк и Лондон: Focal Press. ISBN 978-0-240-82100-9 .

[3] Фрейден Дж. (2016). Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и применение 5-е изд. Спрингер. стр.1

[4] Калантар-заде, К. (2013). Датчики: вводный курс, издание 2013 г. Спрингер. стр.1

[Fraden_p7-5] Jump up to: ^а ^б Фрейден Дж. (2016). Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и применение 5-е изд. Спрингер. стр.7

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]