Pretvorniki signala: vrste, načelo delovanja in namen

V industriji in v vsakdanjem življenju je uporaba različnih vrst signalnih pretvornikov pogosta. Te naprave so lahko zastopane v najširšem možnem obsegu, prilagojene reševanju problemov na različnih področjih gospodarstva. Katere vrste pretvornikov signala lahko uvrščamo med najpogostejše? Kakšne so značilnosti njihovega delovanja?

Kakšen je namen pretvornikov signalov?

Signalni pretvorniki so naprave, ki jih lahko predstavljamo v najširšem možnem obsegu rešitev. Ta izraz je dejansko skupen in se lahko nanaša na opremo, ki se uporablja v različnih segmentih gospodarstva, in se razvrsti po popolnoma drugačnih merilih. Glavne vrste signalov, ki lahko pretvorijo zadevne naprave:

- električni;

- zvok;

- temperatura;

- tehnološke narave.

Glede na naloge, s katerimi se sooča uporabnik pretvornika signala, se v strukturo ustrezne naprave lahko kombinirajo moduli, ki obdelujejo več različnih vrst podatkov. Transformacija se zato lahko izvede v istem tipu signala (na primer iz ene frekvence na drugo) ali pa je mehanizem, ki vključuje prevod med različnimi kategorijami signalov. Na primer, električni v zvoku.

Najpogostejše naprave vključujejo pretvornik analogni signali v digitalni (in obratno, če je zagotovljena s strukturo notranjih modulov naprave). Razmislimo o značilnostih svojega dela.

Analogno-digitalni pretvornik

Zadevni pripomoček, ki je namenjen za pretvorbo vsako analogni signal - na primer z napetostmi zastopani v digitalni obliki (ki omogoča, na primer, za zapis signala, ki ustreza spisu).

Eno od glavnih meril učinkovitosti zadevne naprave je bitna globina podatkov na izhodu. Njegova vrednost določa stopnjo razmerja med signalom in šumom.

Drug pomemben parameter, ki označuje kakovost delovanja naprave, kot je analogni pretvornik, je hitrost generiranja izhodnega signala. Med tistimi napravami, ki zagotavljajo optimalno učinkovitost, so tisti, ki so vzporedni. Ustvarjajo velike tokove signala z uporabo potrebnega števila zatičev. Ta značilnost naprave v številnih primerih predeterminira sproščanje primernih pretvornikov, za katere so značilne velike mere. Poleg tega imajo lahko analogni pretvorniki signala precej visoko raven porabe energije. Vendar ob upoštevanju učinkovitosti teh naprav te značilnosti pogosto ne štejejo za pomanjkljivosti.

Pretvorba signalov iz analognih na digitalne vzporedne naprave je zelo hitra. Zagotoviti še hitrejšo izvedbo ustrezne vrste naprave lahko preko povezave več naprav, tako da lahko obvladajo pretok signalov.

Alternativa vzporednim rešitvam so lahko pretvorniki serijskih signalov. Običajno so manj produktivni, vendar bolj energetsko učinkoviti. Njihova uporaba je lahko posledica v primerih, ko gre za vprašanje zagotavljanja oddajanje signalov v infrastrukturo majhno prostornino, ali v primeru, da je potrebna večja stopnja konverzije od tiste, ki je zagotovljena z zaporedno napravo.

Omeniti je mogoče, da obstajajo naprave mešanega tipa, ki združujejo funkcije serijskih in vzporednih pretvornikov. V mnogih primerih so najbolj optimalne rešitve glede skladnosti z merili gospodarnosti in produktivnosti.

Zgoraj smo opozorili, da analogno-digitalni pretvorniki lahko vključujejo module, preko katerih se digitalni signali pretvorijo v analogne signale. Obstaja tudi ločena kategorija naprav ustrezne vrste. Preucimo njihove lastnosti.

Digitalni analogni pretvorniki

Če ima uporabnik na primer televizor za analogni signal, bo njegovo delovanje možno pri povezovanju ustrezne antene. Ali pa, če se izvorni signali pretvorijo v analogne signale, ki jih TV lahko prepozna. Njihov vir je lahko tudi digitalna antena. Ali, kot možnost, signal, ki ga prejmete prek interneta.

Zadevna naprava tako pretvori signal, ki vsebuje digitalno kodo, v tok, napetost ali napajanje, ki se prenaša za obdelavo v analogne module. Posebni mehanizmi tega preoblikovanja so odvisni od vrste vhodnih podatkov. Na primer, če govorimo o zvoku, potem je na vhodu običajno predstavljen v modulaciji impulzne kode. Če je izvorna datoteka stisnjena, se lahko za pretvorbo signalov uporabijo posebni kodeki programske opreme. V nasprotnem primeru digitalna antena običajno prenaša signal za obdelavo z metodami strojne opreme.

Naprave, ki vključujejo obravnavane pretvornike, je mogoče dopolniti z moduli za različne namene. Na primer, pri zagotavljanju reprodukcije televizijskega oddajanja se poleg tistih modulov, ki jih uporablja pretvornik, lahko uporabi ojačevalnik video signala. V mnogih primerih je potrebno, da zagotovimo visoko kakovost slike, ko se analogni signal pretvori v digitalno. Za prenos slike na precej razdalji se uporablja tudi ojačevalnik video signala.

Televizija ni edina sfera aktivne uporabe zadevnih naprav. Ustrezni pretvorniki so vključeni, na primer, v CD-predvajalnike, ki tudi digitalni signal pretvorijo v analogno.

Ultrazvočni pretvorniki

Naslednja skupna kategorija naprav je ultrazvočni pretvornik. Ugotovimo lahko, da ga lahko predstavljajo naprave z najširšo paleto aplikacij in načeli delovanja. Med običajnimi sortami ultrazvočnih pretvornikov je podvodna enota, ki je namenjena prenosu v vodo ali drug tekoči medij z ultrazvokom z določeno frekvenco. To napravo lahko uporabljate, na primer, za čiščenje različnih predmetov pred kontaminacijo - v kopeli, ki se uporabljajo za ultrazvočno čiščenje.

Obstajajo še druga področja uporabe obravnavanih naprav. Ultrazvočni pretvornik se lahko uporablja za nadzor celovitosti določenih struktur, povezav in preverjanje nekaterih predmetov za škodo.

Linearni in impulzni pretvorniki

Glede na posebnosti uporabe pretvornikov je koristno upoštevati klasifikacijo, po kateri so razčlenjeni na linearno in impulzno. Ta merila dejansko odražajo dva najpomembnejša načela delovanja pretvornika.

Tisti, ki so linearni, lahko delujejo na principu analognega vezja, v katerem so pretvorjeni signali oblikovani z gladko hitrostjo. Impulz pretvornik prevzame aktivnejšo predstavitev signalov na izhodu in pri njihovi notranji obdelavi. Če pa je ta operacija izvedena samo za notranjo stopnjo za obdelavo signalov, lahko ustrezna naprava se tvori skoraj enako učinkovitost kot v primeru, ko aktiviranega linearni pretvornik. Tako lahko koncept linearne ali impulzne obdelave upoštevamo le v kontekstu načela delovanja ključnih strojnih komponent naprave ustrezne vrste.

Pulzni pretvorniki se večinoma uporabljajo v primerih, ko struktura uporabljene infrastrukture vključuje obdelavo močnostnih signalov. To je posledica dejstva, da je učinkovitost ustreznih naprav v takšnih primerih veliko višja kot pri uporabi za obdelavo signalov nižje moči. Še en dejavnik pri izbiri teh rešitev je uporaba transformatorskih ali kondenzatorskih naprav v uporabljeni infrastrukturi, s katero imajo impulzni pretvorniki optimalno združljivost.

Po drugi strani je linearni pretvornik naprava, ki se uporablja v infrastrukturi, v kateri se obdelujejo nizkoenergijski signali. Ali če je potrebno zmanjšati motnje, ki jih povzroča delovanje pretvornika. Opozoriti je treba, da je učinkovitost rešitev obravnavanih v veliki moči infrastrukture - ni najbolj odprta, tako da te naprave pogosto oddajajo velike količine toplote, kot pulznih pretvornikov. Poleg tega so tudi njihova teža in dimenzije znatno večji.

Toda na tak ali drugačen način v praksi lahko delovanje pretvornika po principu impulza prevzame oblikovanje njegove prenosne funkcije v linearni obliki. Zato morate pred izvedbo ustreznih pretvornikov signala v infrastrukturi upoštevati njihovo notranjo strukturo za veljavno shemo za obdelavo signalov.

Merilni pretvorniki

Druga skupna kategorija rešitev je merjenje pretvornikov. Kakšne so njihove značilnosti? Merilni pretvornik je naprava, ki jo lahko zastopamo tudi v številnih sortah. Združuje zmožnost naprave za merjenje in pretvorbo določenih količin.

Široko se lahko uporablja sistem delovanja merilnih naprav ustrezne vrste, pri katerem se signal obdeluje v več fazah. Najprej ga prevzame pretvornik, nato pa ga pretvori v vrednost, ki jo je mogoče izmeriti, potem pa se pretvori v neko koristno energijo. Na primer, če uporabljamo analogni tokovni pretvornik, se izvede pretvorba električne energije v mehansko.

Seveda so lahko specifični mehanizmi za uporabo ustreznih rešitev v izjemno širokem obsegu. Znanstvene namene se uporabljajo merilne transformacije kot del infrastrukture za izvajanje poskusov in raziskav. Združuje večino merilnih pretvornikov s svojo prilagodljivostjo, predvsem za delo z uporabo normaliziranih značilnosti pri obdelavi ali pretvorbi signala. Omeniti velja, da teh lastnosti ne moremo vedno nameniti končnemu uporabniku pretvornika. Njihovo sodelovanje v številnih primerih poteka v tajnem načinu. Človek, ki uporablja ustrezne pretvornike signalov, sprejema samo želeni signal, prilagojen za uporabo v različnih namenih, na izhodu.

Tako se te rešitve praviloma ne uporabljajo kot neodvisne vrste infrastrukture. So del bolj zapletenih naprav - npr. Avtomatizacijski sistemi za meritve v proizvodnji. Merilni pretvorniki se najpogosteje uvrščajo v dve glavni skupini - primarni in srednji. Koristno je upoštevati posebnosti obeh.

Klasifikacija merilnih pretvornikov: primarne in vmesne rešitve

Naprave, ki spadajo v kategorijo primarnih, se praviloma uporabljajo kot senzorji. To pomeni, da so pretvorniki, ki jim neposredno merijo določeno merjeno količino. Druge naprave spadajo v vmesno kategorijo. Postavljeni so v merilno infrastrukturo takoj po prvih in so lahko odgovorni za veliko število operacij, povezanih s preoblikovanjem. Kakšne operacije lahko naredi pretvornik signala ustrezne vrste? Za tiste, ki jih običajno vključujejo:

- merjenje fizičnih kazalnikov za različne vrednosti;

- različne konverzije obsega;

- preoblikovanje digitalnih signalov v analogne signale in obratno;

- funkcionalne transformacije.

Upoštevajte, da je takšna razvrstitev lahko pogojna. To je predvsem posledica dejstva, da se lahko več primarnih pretvornikov nahaja v istem merilnem instrumentu. Drugi razlog za upoštevanje zgornje klasifikacije pogojene - je to, da se v različnih vrstah infrastrukture meritve lahko izvajajo na različna načela.

Elektronsko optični pretvorniki

Vrsta naprave, priljubljena v različnih gospodarskih panogah, je elektronsko-optični pretvornik. To, tako kot druge vrste naprav, o katerih smo govorili zgoraj, lahko predstavljamo v številnih modelih. Združuje elektrooptičnega pretvorniki splošno načelo delovanja: vključuje izvajanje preoblikovanja nevidnega objekta - npr z infrardečim, ultravijolični ali, na primer, x-žarki osvetljena, v vidnem spektru.

V tem primeru se ustrezna operacija praviloma izvede v dveh fazah. Sprva se na fotokatodi sprejema nevidno sevanje, po katerem se preoblikuje v elektronske signale. Ki se že v drugi fazi pretvorijo v vidno sliko in se prikažejo na zaslonu. V primeru računalniškega monitorja se lahko signal pretvori v digitalno kodo.

Elektronsko-optični pretvorniki so rešitve, ki so tradicionalno razvrščene več generacij. Naprave, povezane s prvim, vključujejo stekleno vakuumsko bučko. V njej se nahajajo fotokatoda in anoda. Med njimi se oblikuje potencialna razlika. Ko se na pretvornik prilagodi optimalna napetost, se v notranjosti pretvornika oblikuje elektronska leča, ki lahko usmeri elektronske tokove.

V pretvornikih druge generacije so prisotni elektronski pospeševalni moduli, s čimer se poveča svetlost slike. V napravah tretje generacije se uporabljajo materiali, ki povečajo občutljivost fotokatode kot ključno sestavino elektronsko-optičnega pretvornika več kot 3-krat.

Značilnosti uporovnih pretvornikov

Še ena pogosta vrsta naprav - uporovni pretvorniki. Oglejmo si njihove lastnosti podrobneje.

Ti pretvorniki so prilagojeni, da spremenijo lasten električni upor pri izpostavljenosti določeni izmerjeni vrednosti. Prav tako lahko prilagodijo kotni in linearni premik. Najpogosteje so ti pretvorniki vključeni v sisteme za avtomatizacijo s tlakom, temperaturo, nivojskimi senzorji osvetlitev, merjenje intenzivnost različnih vrst sevanja. Glavne prednosti uporovnih pretvornikov so:

- zanesljivost;

- Odsotnost razmerja med točnostjo meritev in stabilnostjo napajalne napetosti.

Obstaja veliko variacij ustreznih naprav. Med najbolj priljubljenimi so temperaturni senzorji. Preucimo njihove lastnosti.

Odporni temperaturni senzorji

Ti signalni pretvorniki imajo komponente, ki so občutljive na spremembe v temperaturi 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 reda 0,026 stopinj Celzija. Kot del teh naprav so elementi iz platine - v tem primeru bo odpornost koeficient nižji ali baker.

Za uporabo uporovnih senzorjev je značilno veliko odtenkov. Zato je treba spomniti, da se večja je vzbujalni tok kazalniki dovaja s senzorjem, poveča občutljivost temperature, vendar obenem segrejemo ustreznih senzorjev elemente. To v mnogih primerih povzroči zmanjšanje njegove natančnosti. Zato je priporočljivo zagotoviti optimalne parametre vzbujevalnega toka ob upoštevanju posebnih merilnih pogojev. Pri izračunu lahko na primer upoštevamo toplotno prevodnost okolja, v katerem se uporablja senzor - zrak ali voda. Priporočene indekse za vzbujevalne tokove praviloma določijo proizvajalci senzorjev ustreznega tipa. Vendar pa se lahko zelo razlikujejo glede na kovine, ki se uporabljajo pri načrtovanju naprav. Poleg tega je pri uporabi senzorjev v vprašanju, je treba upoštevati take parameter kot mejna vrednost delovnega toka. Običajno ga določi tudi proizvajalec.

Uporovni senzorji so med najpogostejšimi tipi pretvornikov na kmetiji. To je v veliki meri posledica pomembnih tehnoloških prednosti številnih njihovih sort. Na primer, če govorimo o termistorjih - za njih je značilna visoka občutljivost, kompaktnost, nizka teža. Za merjenje temperature zraka v različnih pogojih se lahko uporabijo ustrezni tipi senzorjev. Njihova proizvodnja pogosto ne vključuje znatnih stroškov. Res je, da imajo termistorji pomanjkljivosti - prvič, to je visoka stopnja nelinearnosti, tako da jih je mogoče uporabiti v praksi v precej ozkih temperaturah.

Ustrezni pretvorniki tipa signali (pogledi in njihova določitev se lahko določi na podlagi različnih meril za klasifikacijo), se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju. Na primer, temperaturni senzorji, ki vsebujejo v svoji sestavi platine in bakrovih elementov v sestavi:

- ogrevalna infrastruktura - za merjenje temperature hladilne tekočine na enem ali drugem delu opreme, pa tudi v ogrevanem prostoru;

- pralni stroji - za merjenje temperature vode in njeno nastavljanje pri različnih programih pranja;

- likalniki - na enak način, da zagotovite optimalno temperaturo likanja v določenem načinu delovanja;

- električni štedilnik, kot tudi druge vrste opreme za kuhanje hrane - tudi zato, da se zagotovi njihovo delovanje z aktiviranjem določenih uporabniških režimov.

Pretvorniki Rheostat

Druga priljubljena vrsta uporovnih naprav je pretvorniki reostata. Njihov delovni princip temelji na merjenje električne energije odpornost vodnika pod vplivom vhodnega gibanja. V praksi ta pretvornik vključuje elemente, ki so prilagojeni gibanju zaradi učinka izmerjene količine. Najpogosteje so zadevne naprave vključene v razdelilne napetosti ali pa se uporabljajo kot sestavni del merilnih mostov.

Če govorimo o koristih, ki so značilne za reostatične pretvornike, lahko to vključuje:

- brez reaktivnega učinka na mobilne komponente;

- visoka učinkovitost;

- majhne dimenzije, možnost uporabe v infrastrukturi, ki deluje tako na stalnem kot na izmeničnem toku.

Hkrati uporovni pretvorniki ustrezne vrste niso vedno zanesljivi in ​​v mnogih primerih zahtevajo, da podjetje vlaga znatna sredstva za vzdrževanje funkcionalnosti.