در صنعت و در زندگی روزمره، استفاده از انواع مبدل سیگنال رایج است. این دستگاه‌ها را می‌توان در وسیع‌ترین طیف تغییراتی که برای حل مشکلات در حوزه‌های مختلف اقتصادی تطبیق داده شده است، ارائه کرد. چه نوع مبدل های سیگنال را می توان به رایج ترین آنها نسبت داد؟ ویژگی های عملکرد آنها چه می تواند باشد؟
هدف مبدل های سیگنال چیست؟
مبدل های سیگنال دستگاه هایی هستند که واقعاً می توانند در گسترده ترین راه حل ها ارائه شوند. این اصطلاح در واقع یک اصطلاح جمعی است و ممکن است به تجهیزات مورد استفاده در بخش های مختلف اقتصاد و طبقه بندی بر اساس معیارهای کاملاً متفاوت اطلاق شود. انواع اصلی سیگنال هایی که دستگاه های مورد نظر می توانند تبدیل کنند عبارتند از:
- الکتریکی؛
- صدا؛
- دما؛
- ماهیت فناوری.
بسته به وظایفی که کاربر مبدل سیگنال با آن روبروست، ساختار دستگاه مربوطه می تواند ماژول هایی را که چندین نوع مختلف داده را پردازش می کنند ترکیب کند.بنابراین، تبدیل می تواند در چارچوب یک نوع سیگنال (به عنوان مثال، از یک فرکانس به فرکانس دیگر) انجام شود یا مکانیزمی باشد که شامل ترجمه بین دسته های مختلف سیگنال می شود. برای مثال، برق به صدا.
رایج ترین دستگاه ها شامل مبدل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال است (و بالعکس، اگر توسط ساختار ماژول های داخلی دستگاه ارائه شده باشد). ویژگی های کار او را در نظر بگیرید.
تبدیل A/D
دستگاه مورد نظر برای تبدیل هر سیگنال آنالوگ - به عنوان مثال که با نشانگرهای ولتاژ نشان داده می شود، به شکل دیجیتال طراحی شده است (به عنوان مثال اجازه می دهد سیگنال مربوطه را در یک فایل بنویسد).
یکی از معیارهای اصلی برای کارایی دستگاه مورد نظر ظرفیت داده خروجی است. مقدار آن نسبت سیگنال به نویز را تعیین می کند.
پارامتر مهم دیگری که کیفیت عملکرد چنین دستگاهی را به عنوان مبدل آنالوگ مشخص می کند، سرعت تشکیل سیگنال خروجی است. از جمله دستگاه هایی که عملکرد بهینه آن را ارائه می دهند، دستگاه هایی هستند که از نوع موازی هستند. آنها با استفاده از تعداد مورد نیاز پین، جریان سیگنال بزرگی را تشکیل می دهند. این ویژگی عملکرد دستگاه در بسیاری از موارد آزاد شدن مبدل های مربوطه را که با ابعاد بزرگ مشخص می شود، از پیش تعیین می کند. علاوه بر این، مبدل های سیگنال آنالوگ می توانند مصرف برق نسبتا بالایی داشته باشند. با این حال، با توجه به اثربخشیعملکرد این دستگاه ها، ویژگی های ذکر شده آنها اغلب به عنوان کاستی در نظر گرفته نمی شود.
تبدیل سیگنال از دستگاه های موازی آنالوگ به دیجیتال بسیار سریع است. برای ارائه سرعت حتی بالاتر برای نوع مربوطه دستگاه‌ها، می‌توانید چندین دستگاه را به هم متصل کنید تا بتوانند جریان سیگنال را به نوبه خود پردازش کنند.
یک جایگزین برای راه حل های موازی می تواند مبدل های سیگنال نوع سریال باشد. آنها تمایل دارند که بهره وری کمتری داشته باشند اما انرژی کارآمدتری دارند. استفاده از آنها ممکن است در مواردی مشروط شود که در مورد اطمینان از انتقال سیگنال در یک زیرساخت کم ظرفیت وجود داشته باشد، یا در صورتی که نرخ تبدیل بالاتری نسبت به آنچه توسط دستگاه های سریال ارائه می شود مورد نیاز نباشد.
می توان اشاره کرد که دستگاه های مخلوطی وجود دارند که عملکرد مبدل های سریال و موازی را ترکیب می کنند. در بسیاری از موارد، آنها بهترین راه حل از نظر برآورده کردن معیارهای هزینه و عملکرد هستند.
در بالا اشاره کردیم که مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال ممکن است شامل ماژول‌هایی باشند که سیگنال‌های دیجیتال را به آنالوگ تبدیل می‌کنند. همچنین یک دسته جداگانه از دستگاه ها از نوع مربوطه وجود دارد. بیایید ویژگی های آنها را مطالعه کنیم.
مبدل دیجیتال به آنالوگ
اگر کاربر مثلاً یک تلویزیون برای سیگنال آنالوگ داشته باشد،عملیات زمانی امکان پذیر خواهد بود که یک آنتن مناسب وصل شود. یا منوط به تبدیل سیگنال های اصلی به آنالوگ است که این تلویزیون می تواند آن را تشخیص دهد. منبع آنها می تواند به نوبه خود یک آنتن دیجیتال باشد. یا، در عوض، سیگنال دریافت شده از طریق اینترنت.
بنابراین، دستگاه مورد نظر، سیگنال حاوی یک کد دیجیتال را به جریان، ولتاژ یا شارژ تبدیل می کند که برای پردازش به ماژول های آنالوگ منتقل می شود. مکانیسم های خاص این تبدیل به نوع داده های اولیه بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر ما در مورد صدا صحبت می کنیم، در ورودی معمولاً در مدولاسیون کد پالس ارائه می شود. اگر فایل منبع فشرده شده باشد، می توان از کدک های نرم افزاری ویژه ای برای تبدیل سیگنال ها استفاده کرد. به نوبه خود، آنتن دیجیتال معمولا سیگنال را برای پردازش با روش های سخت افزاری ارسال می کند.
دستگاه هایی که شامل مبدل های مورد نظر هستند را می توان با ماژول هایی برای اهداف مختلف تکمیل کرد. به عنوان مثال، هنگام ارائه پخش یک پخش تلویزیونی، می توان از تقویت کننده سیگنال ویدیویی علاوه بر ماژول هایی که توسط مبدل استفاده می شود استفاده کرد. در بسیاری از موارد، برای اطمینان از کیفیت تصویر بالا هنگام تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال ضروری است. همچنین، اگر نیاز به انتقال تصاویر در فاصله قابل توجهی دارید، از تقویت کننده سیگنال ویدیویی استفاده می شود.
تلویزیون تنها حوزه کاربرد فعال دستگاه های مورد نظر نیست. مبدل های مربوطه شامل می شوند، به عنوان مثال، در پخش کننده های سی دی،که سیگنال دیجیتال را نیز به آنالوگ تبدیل می کند.
مبدل التراسونیک
دسته متداول بعدی دستگاه ها مبدل اولتراسونیک است. می توان اشاره کرد که می توان آن را با دستگاه هایی نشان داد که گسترده ترین طیف کاربردی و همچنین اصول عملیاتی را دارند. در میان انواع رایج مبدل‌های اولتراسونیک، یک واحد شناور است که برای انتقال اولتراسوند با فرکانس مشخص به آب یا سایر محیط‌های مایع طراحی شده است. از این دستگاه می توان به عنوان مثال برای تمیز کردن اجسام مختلف از آلاینده ها استفاده کرد - به عنوان بخشی از حمام های مورد استفاده برای تمیز کردن اولتراسونیک.
حوزه های دیگری از کاربرد دستگاه های در نظر گرفته شده وجود دارد. یک مبدل اولتراسونیک می‌تواند برای کنترل یکپارچگی ساختارها، اتصالات خاص، برای بررسی آسیب اشیاء خاص استفاده شود.
مبدل خطی و پالس
با توجه به ویژگی های استفاده از مبدل ها، توجه به طبقه بندی که بر اساس آن به خطی و پالسی تقسیم می شوند مفید خواهد بود. در واقع، این معیارها منعکس کننده دو اصل مهم برای عملکرد مبدل ها هستند.
آنهایی که خطی هستند می توانند بر اساس اصل مدارهای آنالوگ کار کنند، که در آن سیگنال های تبدیل شده با سرعت نرمی تشکیل می شوند. مبدل پالس نمایش فعال تری از سیگنال ها را هم در خروجی و هم در طول پردازش داخلی آنها فرض می کند. با این حال، در صورتی کهاین عملیات فقط در مرحله داخلی پردازش سیگنال انجام می شود ، دستگاه مربوطه می تواند تقریباً همان شاخص هایی را ایجاد کند که در مورد مبدل خطی استفاده می شود. بنابراین، مفهوم پردازش خطی یا پالس را فقط می توان در چارچوب اصل عملکرد اجزای سخت افزاری کلیدی یک دستگاه از نوع مربوطه در نظر گرفت.
مبدل های پالس عمدتاً در مواردی استفاده می شوند که انتظار می رود زیرساخت مورد استفاده برای پردازش سیگنال های توان بالا استفاده شود. این به این دلیل است که راندمان دستگاه های مربوطه در چنین مواردی بسیار بیشتر از زمانی است که برای پردازش سیگنال های با توان کمتر استفاده می شود. یکی دیگر از عوامل انتخاب این راه حل ها استفاده از دستگاه های ترانسفورماتور یا خازن به عنوان بخشی از زیرساخت مورد استفاده است که مبدل های پالس سازگاری بهینه ای با آن دارند.
به نوبه خود، مبدل خطی دستگاهی است که در چارچوب زیرساختی استفاده می شود که در آن پردازش سیگنال کم مصرف انجام می شود. یا در صورت نیاز به کاهش نویز ایجاد شده در اثر کارکرد مبدل. شایان ذکر است که کارایی راه حل های مورد بررسی در زیرساخت های پرقدرت برجسته ترین نیست، بنابراین، این دستگاه ها اغلب مقدار بیشتری گرما نسبت به مبدل های پالس منتشر می کنند. علاوه بر این، وزن و ابعاد آنها نیز به طور قابل توجهی بزرگتر است.
اما، به هر طریقی، در عمل، عملکرد مبدل طبق اصل پالس ممکن است شاملشکل گیری تابع انتقال آن به صورت خطی. بنابراین، قبل از پیاده سازی تهویه کننده های سیگنال مناسب در زیرساخت، ساختار داخلی آنها باید برای طرح پردازش سیگنال اعمال شده در نظر گرفته شود.
مبدل های اندازه گیری
یکی دیگر از دسته های رایج راه حل ها مبدل ها هستند. چه ویژگی هایی دارند؟ مبدل اندازه گیری وسیله ای است که می تواند در تعداد زیادی از انواع نیز ارائه شود. چیزی که این دستگاه ها را متحد می کند، توانایی آنها در اندازه گیری و تبدیل مقادیر معین است.
معمول است که طرح عملیاتی دستگاه های اندازه گیری از نوع مربوطه را در نظر بگیریم که در آن سیگنال در چندین مرحله پردازش می شود. ابتدا مبدل آن را دریافت می کند، سپس آن را به مقدار قابل اندازه گیری تبدیل می کند، سپس آن را به مقداری انرژی مفید تبدیل می کند. برای مثال، اگر از یک مبدل اندازه‌گیری جریان آنالوگ استفاده شود، انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود.
البته مکانیسم های خاصی برای بکارگیری راه حل های مناسب در گستره بسیار وسیعی قابل ارائه است. استفاده از تبدیل های اندازه گیری برای اهداف علمی به عنوان بخشی از زیرساخت برای انجام آزمایش ها و تحقیقات گسترده است. آنچه اکثر مبدل های اندازه گیری را متحد می کند، سازگاری آنها است، اول از همه، برای کار با استفاده از ویژگی های نرمال شده هنگام پردازش یا تبدیل سیگنال. می توانتوجه داشته باشید که این مشخصات ممکن است همیشه برای کاربر نهایی اینورتر در نظر گرفته نشده باشد. فعال سازی آنها در بسیاری از موارد در حالت پنهان انجام می شود. یک فرد با استفاده از مبدل های سیگنال مناسب، تنها سیگنال مورد نیاز را که برای استفاده در مقاصد مختلف تطبیق داده شده است، در خروجی دریافت می کند.
بنابراین، این راه حل ها، به عنوان یک قاعده، به عنوان انواع مستقل زیرساخت استفاده نمی شوند. آنها بخشی از دستگاه های پیچیده تر هستند - به عنوان مثال، سیستم های اتوماسیون اندازه گیری در تولید. مبدل های اندازه گیری اغلب به 2 گروه اصلی - اولیه و متوسط طبقه بندی می شوند. در نظر گرفتن مشخصات هر دو مفید خواهد بود.
طبقه بندی مبدل های اندازه گیری: راه حل های اولیه و میانی
دستگاه های متعلق به دسته اولیه، به عنوان یک قاعده، به عنوان سنسور استفاده می شود. یعنی آنها مبدل هایی هستند که یک یا مقدار دیگر اندازه گیری شده مستقیماً روی آنها تأثیر می گذارد. دستگاه های باقی مانده به عنوان متوسط طبقه بندی می شوند. آنها بلافاصله پس از اولین ها در زیرساخت اندازه گیری قرار می گیرند و می توانند مسئولیت تعداد زیادی از عملیات مربوط به تبدیل را بر عهده بگیرند. چه عملیات خاصی را می توان توسط مبدل سطح سیگنال از نوع مربوطه انجام داد؟ معمولاً به این موارد گفته می شود:
- اندازه گیری شاخص های فیزیکی برای مقادیر مختلف؛
- تبدیل‌های مقیاس مختلف؛
- تبدیل سیگنال های دیجیتال به آنالوگ و بالعکس؛
- تحولات عملکردی.
توجه داشته باشید که مشابهطبقه بندی را می توان مشروط در نظر گرفت. این در درجه اول به این دلیل است که چندین مبدل اولیه را می توان در یک ابزار اندازه گیری قرار داد. دلیل دیگری برای مشروط در نظر گرفتن طبقه بندی مورد بحث در بالا این است که در انواع مختلف زیرساخت، اندازه گیری ها را می توان بر اساس اصول متفاوتی انجام داد.
لوله های تقویت کننده
نوع دیگری از دستگاه های محبوب در بخش های مختلف اقتصاد، لوله تقویت کننده تصویر است. این دستگاه، مانند سایر انواع دستگاه‌های مورد بحث در بالا، می‌تواند در طیف گسترده‌ای از طرح‌ها ارائه شود. مبدل‌های الکترون نوری با یک اصل عملکرد مشترک متحد می‌شوند: این شامل تبدیل یک جسم نامرئی - به عنوان مثال، روشن شده توسط اشعه مادون قرمز، فرابنفش یا، برای مثال، اشعه ایکس، به طیف مرئی است.
در این مورد، عملیات مربوطه، به عنوان یک قاعده، در 2 مرحله انجام می شود. در مرحله اول، تابش نامرئی توسط یک فوتوکاتد دریافت می شود و پس از آن به سیگنال های الکترونیکی تبدیل می شود. که در مرحله دوم به یک تصویر قابل مشاهده تبدیل شده و روی صفحه نمایش داده می شود. اگر یک مانیتور کامپیوتر است، می توان سیگنال را از قبل به یک کد دیجیتال تبدیل کرد.
لوله های تقویت کننده محلول هایی هستند که به طور سنتی به چندین نسل طبقه بندی می شوند. دستگاه های مربوط به اولی شامل فلاسک خلاء شیشه ای است. این شامل یک فوتوکاتد و یک آند است. اختلاف پتانسیل بین آنها شکل می گیرد. هنگام درخواست براییک مبدل ولتاژ بهینه در داخل آن عدسی الکترونیکی را تشکیل می دهد که قادر به تمرکز جریان های الکترون است.
مبدل‌های نسل دوم دارای ماژول‌های شتاب الکترونی هستند که منجر به افزایش روشنایی تصویر می‌شود. دستگاه های نسل سوم از موادی استفاده می کنند که حساسیت فوتوکاتد را به عنوان یک جزء کلیدی مبدل الکترون-اپتیکی بیش از 3 برابر افزایش می دهد.
ویژگی های مبدل های مقاومتی
نوع رایج دیگر دستگاه مبدل های مقاومتی هستند. ویژگی های آنها را با جزئیات بیشتر در نظر بگیرید.
این مبدل‌ها برای تغییر مقاومت الکتریکی خود تحت تأثیر یک یا آن کمیت اندازه‌گیری شده سازگار شده‌اند. آنها همچنین می توانند حرکت زاویه ای و خطی را اصلاح کنند. اغلب، این مبدل ها در سیستم های اتوماسیون با سنسورهای فشار، دما، سطح روشنایی و اندازه گیری شدت انواع مختلف تابش گنجانده می شوند. مزایای اصلی مبدل های مقاومتی:
- قابلیت اطمینان؛
- هیچ رابطه ای بین دقت اندازه گیری ها و پایداری ولتاژ تغذیه وجود ندارد.
تعداد زیادی از انواع دستگاه های مرتبط وجود دارد. از جمله محبوب ترین سنسورهای دما هستند. بیایید ویژگی های آنها را مطالعه کنیم.
سنسورهای دما مقاومتی
این مبدل های سیگنال دارای اجزایی هستند که به تغییرات دمای محیط حساس هستند.اگر افزایش یابد، ممکن است مقاومت آنها افزایش یابد. این دستگاه ها در درجه اول با دقت بسیار بالا مشخص می شوند. در برخی موارد امکان تغییر دما را با دقت حدود 0.026 درجه سانتیگراد فراهم می کنند. این دستگاه ها حاوی عناصر ساخته شده از پلاتین هستند - در این صورت، ضریب مقاومت کمتر یا مس خواهد بود.
استفاده از حسگرهای مقاومتی با تعدادی تفاوت مشخص می شود. بنابراین، باید در نظر گرفت که مقادیر بالاتر جریان تحریک عرضه شده به سنسور، حساسیت دمایی آن را افزایش می دهد، اما در عین حال، عناصر مبدل مربوطه را گرم می کند. این در بسیاری از موارد باعث کاهش دقت آن می شود. بنابراین، توصیه می شود با در نظر گرفتن شرایط اندازه گیری خاص، از عملکرد بهینه جریان تحریک اطمینان حاصل شود. محاسبه می تواند به عنوان مثال، هدایت حرارتی محیطی را که سنسور در آن استفاده می شود - هوا یا آب را در نظر بگیرد. به عنوان یک قاعده، شاخص های توصیه شده برای جریان های تحریک توسط سازندگان سنسورهای نوع مربوطه تنظیم می شود. با این حال، بسته به فلزات مورد استفاده در طراحی دستگاه ها می توانند به طور قابل توجهی متفاوت باشند. علاوه بر این، هنگام استفاده از سنسورهای مورد نظر، لازم است چنین شاخصی به عنوان مقدار محدود کننده جریان عملیاتی در نظر گرفته شود. معمولاً توسط سازنده نیز تعیین می شود.
حسگرهای مقاومتی از رایج ترین انواع مبدل ها در خانه هستند. این تا حد زیادی به دلیل مزایای فن آوری قابل توجه بسیاری از انواع آنها است. به عنوان مثال، اگردر مورد ترمیستورها صحبت کنید - آنها با حساسیت بالا، فشردگی، وزن کم مشخص می شوند. برای اندازه گیری دمای هوا در شرایط مختلف می توان از سنسورهای مناسب استفاده کرد. تولید آنها اغلب شامل هزینه های قابل توجهی نمی شود. درست است، ترمیستورها معایبی نیز دارند - اول از همه، این درجه بالایی از غیرخطی بودن است، در نتیجه می توان آنها را در عمل در محدوده دمایی نسبتاً باریک استفاده کرد.
نوع مربوطه مبدل سیگنال (انواع و هدف آنها را می توان بر اساس معیارهای طبقه بندی مختلف تعیین کرد) به طور گسترده در زندگی روزمره استفاده می شود. برای مثال، معمول است که سنسورهای دما حاوی عناصر پلاتین و مس را در ترکیب خود قرار دهید:
- زیرساخت گرمایش - به منظور اندازه گیری دمای مایع خنک کننده در قسمت های خاصی از تجهیزات و همچنین در اتاق گرم شده؛
- ماشین لباسشویی - به منظور اندازه گیری دمای آب و تنظیم آن با برنامه های مختلف شستشو؛
- اتو - به طور مشابه برای اطمینان از دمای مطلوب اتو در یک حالت خاص کار؛
- اجاق های برقی، و همچنین انواع دیگر تجهیزات برای پخت و پز - همچنین به منظور اطمینان از عملکرد آنها در هنگام فعال شدن حالت های خاص کاربر.
مبدل رئوستات
یکی دیگر از انواع محبوب دستگاه های مقاومتی مبدل های رئوستات هستند. اصل عملکرد آنها بر اساس اندازه گیری مقاومت الکتریکی استیک یا آن هادی تحت تأثیر جابجایی ورودی. در عمل، این مبدل شامل عناصری است که به دلیل تأثیر مقدار اندازه گیری شده برای حرکت سازگار شده اند. اغلب، دستگاه های مورد نظر در تقسیم کننده های ولتاژ قرار می گیرند یا به عنوان یک عنصر جدایی ناپذیر از پل های اندازه گیری استفاده می شوند.
اگر در مورد مزایایی که مبدل های رئوستات را مشخص می کنند صحبت کنیم، این موارد عبارتند از:
- بدون اثر واکنشی بر روی اجزای متحرک؛
- راندمان بالا؛
- ابعاد کوچک، قابلیت استفاده در زیرساخت‌هایی که بر روی جریان مستقیم و متناوب کار می‌کنند.
در عین حال، مبدل های مقاومتی از نوع مربوطه همیشه قابل اعتماد نیستند و در بسیاری از موارد برای حفظ عملکرد به منابع قابل توجهی از سازمان نیاز دارند.
