U industriji iu svakodnevnom životu uobičajena je uporaba raznih vrsta pretvarača signala. Ovi uređaji mogu biti predstavljeni u najširem rasponu modifikacija prilagođenih rješavanju problema u različitim područjima gospodarstva. Koje se vrste pretvarača signala mogu pripisati najčešćim? Koje bi mogle biti značajke njihovog rada?
Koja je svrha pretvarača signala?
Pretvarači signala su uređaji koji se doista mogu predstaviti u najširem rasponu rješenja. Ovaj pojam je zapravo skupan i može se odnositi na opremu koja se koristi u različitim segmentima gospodarstva i razvrstana prema potpuno različitim kriterijima. Glavne vrste signala koje predmetni uređaji mogu pretvoriti su:
- električna;
- zvuk;
- temperatura;
- tehnološke prirode.
Ovisno o zadacima s kojima se korisnik pretvarača signala suočava, struktura odgovarajućeg uređaja može kombinirati module koji obrađuju nekoliko različitih vrsta podataka. Pretvorba se, dakle, može provesti u okviru jedne vrste signala (na primjer, s jedne frekvencije na drugu) ili biti mehanizam koji uključuje prevođenje između različitih kategorija signala. Na primjer, električno na zvuk.
Najčešći uređaji uključuju pretvarač analognih signala u digitalne (i obrnuto, ako je to predviđeno strukturom unutarnjih modula uređaja). Razmotrite značajke njegovog rada.
A/D konverter
Predmetni uređaj je dizajniran za pretvaranje bilo kojeg analognog signala - na primjer, predstavljenog indikatorima napona, u digitalni oblik (dopuštajući, na primjer, upisivanje odgovarajućeg signala u datoteku).
Jedan od glavnih kriterija za učinkovitost uređaja koji se razmatra je kapacitet izlaznih podataka. Njegova vrijednost određuje omjer signala i šuma.
Još jedan značajan parametar koji karakterizira kvalitetu rada takvog uređaja kao što je analogni pretvarač je brzina formiranja izlaznog signala. Među onim uređajima koji pružaju njegovu optimalnu izvedbu su oni koji su paralelnog tipa. Oni formiraju velike tokove signala koristeći potreban broj pinova. Ova značajka funkcioniranja uređaja u mnogim slučajevima unaprijed određuje oslobađanje odgovarajućih pretvarača, koje karakteriziraju velike dimenzije. Osim toga, analogni pretvarači signala mogu imati prilično visoku razinu potrošnje energije. Međutim, s obzirom na učinkovitostrada ovih uređaja, njihove istaknute značajke često se ne smatraju nedostacima.
Pretvorba signala s analognih u digitalne paralelne uređaje vrlo je brza. Kako biste osigurali još veću brzinu za odgovarajuću vrstu uređaja, možete spojiti nekoliko uređaja, tako da mogu naizmjence obraditi tokove signala.
Alternativa paralelnim rješenjima mogu biti pretvarači signala serijskog tipa. Oni su obično manje produktivni, ali energetski učinkovitiji. Njihovo korištenje može biti uvjetovano u slučajevima kada postoji pitanje osiguranja prijenosa signala unutar infrastrukture niskog kapaciteta ili u slučaju da nije potrebna veća stopa konverzije od one koju pružaju serijski uređaji..
Može se primijetiti da postoje uređaji mješovitog tipa koji kombiniraju funkcije serijskih i paralelnih pretvarača. U mnogim slučajevima, oni su najbolje rješenje u smislu ispunjavanja kriterija troškova i izvedbe.
Gore smo napomenuli da analogno-digitalni pretvarači mogu uključivati module koji pretvaraju digitalne signale u analogne. Postoji i zasebna kategorija uređaja odgovarajućeg tipa. Proučimo njihove značajke.
Digitalno-analogni pretvarači
Ako korisnik ima npr. TV za analogni signal, onda njegovrad će biti moguć kada je spojena odgovarajuća antena. Ili podložni transformaciji izvornih signala u analogne, što ovaj TV može prepoznati. Njihov izvor može, pak, biti digitalna antena. Ili, alternativno, signal primljen putem interneta.
Dotični uređaj, dakle, pretvara signal koji sadrži digitalni kod u struju, napon ili naboj, koji se prenosi na analogne module za obradu. Specifični mehanizmi ove transformacije ovise o vrsti početnih podataka. Na primjer, ako govorimo o zvuku, tada se na ulazu obično prikazuje u modulaciji impulsnog koda. Ako je izvorna datoteka komprimirana, tada se za pretvaranje signala mogu koristiti posebni softverski kodeci. Zauzvrat, digitalna antena obično prenosi signal za obradu hardverskim metodama.
Uređaji koji uključuju dotične pretvarače mogu se nadopuniti modulima za različite namjene. Na primjer, kada se omogućuje reprodukcija televizijskog prijenosa, pojačalo video signala može se koristiti uz one module koje koristi pretvarač. U mnogim slučajevima to je potrebno kako bi se osigurala visoka kvaliteta slike pri pretvaranju analognog signala u digitalni. Također, pojačalo video signala koristi se ako trebate prenijeti slike na znatnu udaljenost.
Televizija nije jedino područje aktivne primjene dotičnih uređaja. Odgovarajući pretvarači uključeni su, na primjer, u CD playere,koji također pretvaraju digitalni signal u analogni.
Ultrazvučne sonde
Sljedeća uobičajena kategorija uređaja je ultrazvučni pretvarač. Može se primijetiti da se može predstaviti uređajima koji imaju najširi raspon primjene, kao i principe rada. Među uobičajenim vrstama ultrazvučnih pretvarača je potopna jedinica koja je dizajnirana za prijenos ultrazvuka na određenoj frekvenciji u vodu ili drugi tekući medij. Ovaj uređaj se može koristiti, na primjer, za čišćenje raznih predmeta od onečišćenja - kao dio kupki koje se koriste za ultrazvučno čišćenje.
Postoje i druga područja primjene razmatranih uređaja. Ultrazvučni pretvarač može se koristiti za kontrolu integriteta određenih struktura, spojeva, za provjeru oštećenja određenih predmeta.
Linearni i impulsni pretvarači
S obzirom na značajke uporabe pretvarača, bit će korisno obratiti pažnju na klasifikaciju prema kojoj se dijele na linearne i impulsne. Zapravo, ovi kriteriji odražavaju dva najvažnija principa za rad pretvarača.
Oni koji su linearni mogu raditi na principu analognog sklopa, u kojem se konvertirani signali formiraju glatkim tempom. Impulsni pretvarač pretpostavlja aktivniji prikaz signala kako na izlazu tako i tijekom njihove interne obrade. Međutim, u slučaju daova se operacija provodi samo u unutarnjoj fazi obrade signala, odgovarajući uređaj može generirati gotovo iste pokazatelje kao u slučaju kada se koristi linearni pretvarač. Dakle, koncept linearne ili impulsne obrade može se razmatrati samo u kontekstu principa rada ključnih hardverskih komponenti uređaja odgovarajućeg tipa.
Pulsni pretvarači se uglavnom koriste u slučajevima kada se od korištene infrastrukture očekuje da obrađuje signale velike snage. To je zbog činjenice da je učinkovitost odgovarajućih uređaja u takvim slučajevima mnogo veća nego kada se koriste za obradu signala manje snage. Drugi čimbenik u odabiru ovih rješenja je korištenje transformatorskih ili kondenzatorskih uređaja kao dijela korištene infrastrukture, s kojima impulsni pretvarači imaju optimalnu kompatibilnost.
Zauzvrat, linearni pretvarač je uređaj koji se koristi u okviru infrastrukture u kojoj se provodi obrada signala male snage. Ili ako postoji potreba za smanjenjem buke koja nastaje zbog rada pretvarača. Vrijedi napomenuti da učinkovitost razmatranih rješenja u infrastrukturi velike snage nije najistaknutija, stoga ovi uređaji najčešće emitiraju veću količinu topline od impulsnih pretvarača. Osim toga, njihova težina i dimenzije također su znatno veće.
Ali, na ovaj ili onaj način, u praksi, rad pretvarača prema pulsnom principu može uključivatiformiranje njegove prijenosne funkcije u linearnom obliku. Stoga, prije implementacije odgovarajućih kondicionera signala u infrastrukturu, njihovu internu strukturu treba razmotriti za primijenjenu shemu obrade signala.
Mjerni pretvarači
Još jedna uobičajena kategorija rješenja su pretvarači. Koje su njihove značajke? Mjerni pretvarač je uređaj koji se također može predstaviti u velikom broju varijanti. Ono što ujedinjuje ove uređaje je njihova sposobnost mjerenja i transformacije određenih količina.
Uobičajeno je uzeti u obzir radnu shemu mjernih uređaja odgovarajućeg tipa, u kojoj se signal obrađuje u nekoliko faza. Najprije je pretvarač prima, zatim pretvara u vrijednost koja se može izmjeriti, a zatim pretvara u neku korisnu energiju. Na primjer, ako se koristi analogni mjerni pretvarač struje, električna energija se pretvara u mehaničku energiju.
Naravno, specifični mehanizmi za primjenu odgovarajućih rješenja mogu se predstaviti u iznimno širokom rasponu. Rašireno je korištenje mjernih transformacija u znanstvene svrhe kao dijela infrastrukture za provođenje eksperimenata i istraživanja. Ono što ujedinjuje većinu mjernih pretvarača je njihova prilagodljivost, prije svega, za rad uz korištenje normaliziranih karakteristika prilikom obrade ili transformacije signala. LimenkaImajte na umu da ove specifikacije ne moraju uvijek biti namijenjene krajnjem korisniku pretvarača. Njihova se aktivacija u mnogim slučajevima provodi u skrivenom načinu rada. Osoba, koristeći odgovarajuće pretvarače signala, na izlazu prima samo traženi signal, prilagođen za korištenje u različite svrhe.
Tako se ova rješenja u pravilu ne koriste kao samostalne vrste infrastrukture. Oni su dio složenijih uređaja – primjerice, sustava za automatizaciju mjerenja u proizvodnji. Mjerni pretvarači se najčešće svrstavaju u 2 glavne skupine - primarne i srednje. Bit će korisno razmotriti specifičnosti oba.
Klasifikacija mjernih pretvarača: primarna i srednja rješenja
Uređaji koji pripadaju kategoriji primarnih, u pravilu se koriste kao senzori. To jest, oni su pretvarači na koje jedna ili druga izmjerena vrijednost djeluje izravno. Preostali uređaji su klasificirani kao srednji. Postavljaju se u mjernu infrastrukturu odmah nakon prvih i mogu biti odgovorni za veliki broj operacija vezanih uz transformaciju. Koje specifične operacije može izvesti pretvarač razine signala odgovarajućeg tipa? Oni se obično nazivaju:
- mjerenje fizičkih pokazatelja za različite količine;
- razne transformacije ljestvice;
- transformacija digitalnih signala u analogne i obrnuto;
- funkcionalne transformacije.
Napominjemo da je sličnoklasifikacija se može smatrati uvjetnom. To je prvenstveno zbog činjenice da se u istom mjernom instrumentu može smjestiti nekoliko primarnih pretvarača. Drugi razlog da se gore razmatrana klasifikacija smatra uvjetnom je da se u različitim vrstama infrastrukture mjerenja mogu provoditi prema različitim principima.
Cijevi za pojačanje
Druga vrsta uređaja popularnog u raznim sektorima gospodarstva je cijev za pojačavanje slike. Kao i druge vrste uređaja o kojima smo gore govorili, može se predstaviti u širokom rasponu dizajna. Elektronsko-optičke pretvarače objedinjuje zajednički princip rada: uključuje pretvaranje nevidljivog objekta - na primjer, osvijetljenog infracrvenim, ultraljubičastim ili, na primjer, x-zrakama, u vidljivi spektar.
U ovom slučaju, odgovarajuća operacija se u pravilu provodi u 2 faze. U prvoj fazi, nevidljivo zračenje prima fotokatoda, nakon čega se pretvara u elektroničke signale. Koje se već u drugoj fazi pretvaraju u vidljivu sliku i prikazuju na ekranu. Ako je to računalni monitor, tada se signal može unaprijed pretvoriti u digitalni kod.
Pojačavajuće cijevi su rješenja koja se tradicionalno svrstavaju u nekoliko generacija. Uređaji povezani s prvim uključuju staklenu vakumsku tikvicu. Sadrži fotokatodu i anodu. Između njih se stvara razlika potencijala. Prilikom prijave zaOptimalni pretvarač napona unutar njega čini elektroničku leću sposobnu fokusirati tokove elektrona.
Druge generacije sonde imaju module ubrzanja elektrona, što rezultira poboljšanom svjetlinom slike. Uređaji treće generacije koriste materijale koji omogućuju povećanje osjetljivosti fotokatode kao ključne komponente elektronsko-optičkog pretvarača za više od 3 puta.
Značajke otpornih pretvarača
Druga uobičajena vrsta uređaja su otporni pretvarači. Razmotrite njihove značajke detaljnije.
Ovi pretvarači su prilagođeni mijenjanju vlastitog električnog otpora pod utjecajem jedne ili druge mjerene veličine. Također mogu ispraviti kutno i linearno kretanje. Najčešće su ovi pretvarači uključeni u sustave automatizacije sa senzorima za tlak, temperaturu, razinu osvjetljenja i mjerenje intenziteta različitih vrsta zračenja. Glavne prednosti otpornih pretvarača:
- pouzdanost;
- nema veze između točnosti mjerenja i stabilnosti napona napajanja.
Postoji veliki broj varijanti povezanih uređaja. Među najpopularnijim su senzori temperature. Proučimo njihove značajke.
otporni temperaturni senzori
Ovi pretvarači signala imaju komponente koje su osjetljive na promjene temperature okoline. Ako poraste, onda se njihov otpor može povećati. Ove uređaje karakterizira prvenstveno vrlo visoka preciznost. U nekim slučajevima omogućuju promjenu temperature s točnošću od oko 0,026 stupnjeva Celzija. Ovi uređaji sadrže elemente izrađene od platine - u ovom slučaju koeficijent otpora će biti niži, odnosno bakar.
Upotrebu otpornih senzora karakterizira niz nijansi. Dakle, treba uzeti u obzir da veće vrijednosti struje uzbude dovedene u senzor povećavaju njegovu temperaturnu osjetljivost, ali istovremeno zagrijavaju elemente odgovarajućeg pretvarača. To u mnogim slučajevima uzrokuje smanjenje njegove točnosti. Stoga se preporuča osigurati optimalni učinak struje uzbude, uzimajući u obzir specifične uvjete mjerenja. Izračun može uzeti, na primjer, toplinsku vodljivost medija u kojem se senzor koristi - zraka ili vode. U pravilu, preporučene pokazatelje za struje uzbude postavljaju proizvođači senzora odgovarajućeg tipa. Međutim, mogu se značajno razlikovati ovisno o metalima koji se koriste u dizajnu uređaja. Osim toga, kada koristite dotične senzore, potrebno je uzeti u obzir takav pokazatelj kao graničnu vrijednost radne struje. Obično ga također određuje proizvođač.
Oporni senzori su među najčešćim tipovima pretvarača u kućanstvu. To je uglavnom zbog značajnih tehnoloških prednosti mnogih njihovih sorti. Na primjer, akogovoriti o termistorima - karakteriziraju ih visoka osjetljivost, kompaktnost, mala težina. Odgovarajući tip senzora može se koristiti za mjerenje temperature zraka u različitim uvjetima. Njihova proizvodnja najčešće ne uključuje značajne troškove. Istina, termistori također imaju nedostatke - prije svega, ovo je visok stupanj nelinearnosti, zbog čega se mogu koristiti u praksi u prilično uskim temperaturnim rasponima.
Odgovarajući tip pretvarača signala (njihov tip i namjena se može odrediti na temelju različitih kriterija klasifikacije) široko se koriste u svakodnevnom životu. Na primjer, uobičajeno je uključiti senzore temperature koji sadrže elemente platine i bakra u svoj sastav:
- infrastruktura grijanja - za mjerenje temperature rashladne tekućine u određenim dijelovima opreme, kao iu grijanoj prostoriji;
- perilice rublja - za mjerenje temperature vode i prilagođavanje različitim programima pranja;
- glačala - na sličan način kako bi se osigurala optimalna temperatura glačanja unutar određenog načina rada;
- električni štednjaci, kao i druge vrste opreme za kuhanje - također kako bi se osiguralo njihovo funkcioniranje kada su aktivirani određeni korisnički načini.
Reostatski pretvarači
Još jedna popularna vrsta otpornih uređaja su reostatski pretvarači. Njihov princip rada temelji se na mjerenju električnog otporajednog ili drugog vodiča pod utjecajem ulaznog pomaka. U praksi ovaj pretvarač uključuje elemente koji su prilagođeni pomicanju zbog utjecaja izmjerene vrijednosti. Najčešće su predmetni uređaji uključeni u djelitelje napona ili se koriste kao sastavni element mjernih mostova.
Ako govorimo o prednostima koje karakteriziraju reostatske pretvarače, onda to uključuje:
- nema reaktivnog učinka na pokretne komponente;
- visoka učinkovitost;
- male dimenzije, mogućnost korištenja u infrastrukturi koja radi i na istosmjernu i na izmjeničnu struju.
U isto vrijeme, otporni pretvarači odgovarajućeg tipa nisu uvijek pouzdani i u mnogim slučajevima zahtijevaju značajna sredstva poduzeća za održavanje funkcionalnosti.
