U industriji iu svakodnevnom životu uobičajena je upotreba različitih tipova pretvarača signala. Ovi uređaji mogu biti predstavljeni u najširem spektru modifikacija prilagođenih rješavanju problema u različitim oblastima privrede. Koje vrste pretvarača signala se mogu pripisati najčešćim? Koje bi mogle biti karakteristike njihovog rada?
Koja je svrha pretvarača signala?
Pretvarači signala su uređaji koji se zaista mogu predstaviti u najširem spektru rješenja. Ovaj pojam je zapravo zbirni i može se odnositi na opremu koja se koristi u različitim segmentima privrede i klasifikovana po potpuno različitim kriterijumima. Glavne vrste signala koje predmetni uređaji mogu konvertovati su:
- električna;
- zvuk;
- temperatura;
- tehnološke prirode.
U zavisnosti od zadataka sa kojima se korisnik pretvarača signala suočava, struktura odgovarajućeg uređaja može kombinovati module koji obrađuju nekoliko različitih vrsta podataka. Konverzija se, dakle, može izvršiti u okviru jedne vrste signala (na primjer, s jedne frekvencije na drugu) ili biti mehanizam koji uključuje prevođenje između različitih kategorija signala. Na primjer, električni na zvuk.
Najčešći uređaji uključuju pretvarač analognih signala u digitalne (i obrnuto, ako je to predviđeno strukturom internih modula uređaja). Razmotrite karakteristike njegovog rada.
A/D konverter
Uređaj u pitanju je dizajniran da konvertuje bilo koji analogni signal - na primer, predstavljen indikatorima napona, u digitalni oblik (omogućava, na primer, da se upiše odgovarajući signal u fajl).
Jedan od glavnih kriterijuma za efikasnost uređaja koji se razmatra je kapacitet izlaznih podataka. Njegova vrijednost određuje omjer signal-šum.
Još jedan značajan parametar koji karakteriše kvalitet rada takvog uređaja kao što je analogni pretvarač je brzina formiranja izlaznog signala. Među onim uređajima koji pružaju njegove optimalne performanse su i oni koji su paralelnog tipa. Oni formiraju velike tokove signala koristeći potreban broj pinova. Ova karakteristika funkcioniranja uređaja u mnogim slučajevima predodređuje oslobađanje odgovarajućih pretvarača, koje karakteriziraju velike dimenzije. Osim toga, analogni pretvarači signala mogu imati prilično visok nivo potrošnje energije. Međutim, s obzirom na efikasnostrada ovih uređaja, njihove zapažene karakteristike se često ne smatraju nedostacima.
Konverzija signala sa analognih u digitalne paralelne uređaje je veoma brza. Da biste obezbijedili još veću brzinu za odgovarajući tip uređaja, možete spojiti nekoliko uređaja, tako da oni mogu naizmjence obraditi tokove signala.
Alternativa paralelnim rješenjima mogu biti pretvarači signala serijskog tipa. Oni su obično manje produktivni, ali energetski efikasniji. Njihova upotreba može biti uslovljena u slučajevima kada je u pitanju osiguranje prenosa 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 kombinuju funkcije serijskih i paralelnih pretvarača. U mnogim slučajevima, oni su najbolje rješenje u smislu ispunjavanja kriterija troškova i performansi.
Gore smo napomenuli da analogno-digitalni pretvarači mogu uključivati module koji pretvaraju digitalne signale u analogne. Postoji i posebna kategorija uređaja odgovarajućeg tipa. Hajde da proučimo njihove karakteristike.
Digitalno-analogni pretvarači
Ako korisnik ima, na primjer, TV za analogni signal, onda njegovrad će biti moguć kada je povezana odgovarajuća antena. Ili podložni transformaciji originalnih signala u analogne, koje ovaj TV može prepoznati. Njihov izvor može, zauzvrat, biti digitalna antena. Ili, alternativno, signal primljen putem interneta.
Predmetni uređaj, dakle, pretvara signal koji sadrži digitalni kod u struju, napon ili naboj, koji se prenosi na analogne module na obradu. Specifični mehanizmi ove transformacije zavise od vrste početnih podataka. Na primjer, ako govorimo o zvuku, onda se na ulazu obično prikazuje modulacijom 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 dopuniti modulima za različite namjene. Na primjer, kada se omogućava reprodukcija televizijskog programa, pojačalo video signala može se koristiti kao dodatak onim modulima koje koristi pretvarač. U mnogim slučajevima, to je neophodno kako bi se osigurao visok kvalitet slike pri pretvaranju analognog signala u digitalni. Takođe, pojačalo video signala se koristi ako treba da prenesete slike na značajnu udaljenost.
Televizija nije jedino područje aktivne primjene dotičnih uređaja. Odgovarajući pretvarači su uključeni, na primjer, u CD plejere,koji takođe pretvaraju digitalni signal u analogni.
Ultrazvučni pretvarači
Sljedeća uobičajena kategorija uređaja je ultrazvučni pretvarač. Može se primijetiti da se može predstaviti uređajima koji imaju najširi spektar primjene, kao i principa rada. Među uobičajenim varijantama ultrazvučnih pretvarača je potopna jedinica, koja je dizajnirana da prenosi ultrazvuk na određenoj frekvenciji u vodu ili drugi tekući medij. Ovaj uređaj se može koristiti, na primjer, za čišćenje raznih predmeta od zagađivača - kao dio kupki koje se koriste za ultrazvučno čišćenje.
Postoje i druga područja primjene razmatranih uređaja. Ultrazvučni pretvarač se može koristiti za kontrolu integriteta određenih struktura, veza, za provjeru oštećenja određenih objekata.
Linearni i impulsni pretvarači
S obzirom na karakteristike upotrebe pretvarača, bit će korisno obratiti pažnju na klasifikaciju prema kojoj se dijele na linearne i impulsne. U stvari, ovi kriterijumi odražavaju dva najvažnija principa za rad pretvarača.
Oni koji su linearni mogu raditi na principu analognih kola, u kojima se konvertovani signali formiraju glatko. Impulsni pretvarač pretpostavlja aktivnije predstavljanje signala kako na izlazu tako i tokom njihove interne obrade. Međutim, u slučaju daova operacija se provodi samo u internoj fazi obrade signala, odgovarajući uređaj može generirati gotovo iste indikatore 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 korišćene infrastrukture očekuje da obrađuje signale velike snage. To je zbog činjenice da je efikasnost odgovarajućih uređaja u takvim slučajevima mnogo veća nego kada se koriste za obradu signala manje snage. Drugi faktor u odabiru ovih rješenja je korištenje transformatorskih ili kondenzatorskih uređaja kao dijela korišćene infrastrukture, sa kojima impulsni pretvarači imaju optimalnu kompatibilnost.
Zauzvrat, linearni pretvarač je uređaj koji se koristi u okviru infrastrukture u kojoj se vrši obrada signala male snage. Ili ako postoji potreba za smanjenjem buke koja nastaje zbog rada pretvarača. Vrijedi napomenuti da efikasnost razmatranih rješenja u infrastrukturi velike snage nije najistaknutija, stoga ovi uređaji najčešće emituju veću količinu topline od impulsnih pretvarača. Osim toga, njihova težina i dimenzije su također 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 unutrašnju strukturu treba razmotriti za primijenjenu šemu obrade signala.
Mjerni pretvarači
Još jedna uobičajena kategorija rješenja su pretvarači. Koje su njihove karakteristike? Mjerni pretvarač je uređaj koji također može biti predstavljen u velikom broju varijanti. Ono što ove uređaje ujedinjuje je njihova sposobnost mjerenja i transformacije određenih količina.
Uobičajeno je uzeti u obzir šemu rada mjernih uređaja odgovarajućeg tipa, u kojoj se signal obrađuje u nekoliko faza. Prvo, pretvarač je prima, zatim pretvara u vrijednost koja se može izmjeriti, a zatim je 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 izuzetno širokom rasponu. Upotreba mjernih transformacija u naučne svrhe kao dijela infrastrukture za provođenje eksperimenata i istraživanja je široko rasprostranjena. Ono što ujedinjuje većinu mjernih pretvarača je njihova prilagodljivost, prije svega, za rad uz korištenje normaliziranih karakteristika prilikom obrade ili transformacije signala. MožeImajte na umu da ove specifikacije ne moraju uvijek biti namijenjene krajnjem korisniku pretvarača. Njihova aktivacija se u mnogim slučajevima provodi u skrivenom načinu rada. Osoba, koristeći odgovarajuće pretvarače signala, na izlazu prima samo potreban signal, prilagođen za upotrebu u različite svrhe.
Dakle, ova rješenja se po pravilu ne koriste kao samostalni tipovi infrastrukture. Oni su dio složenijih uređaja - na primjer, sistema za automatizaciju mjerenja u proizvodnji. Mjerni pretvarači se najčešće dijele u 2 glavne grupe - primarne i srednje. Biće korisno razmotriti specifičnosti oba.
Klasifikacija mjernih pretvarača: primarna i srednja rješenja
Uređaji koji pripadaju kategoriji primarnih, po pravilu se koriste kao senzori. To jest, oni su pretvarači na koje jedna ili druga izmjerena vrijednost djeluje direktno. Preostali uređaji su klasifikovani kao srednji. Oni se postavljaju u mjernu infrastrukturu odmah nakon prvih i mogu biti odgovorni za veliki broj operacija vezanih za transformaciju. Koje specifične operacije može izvršiti pretvarač nivoa signala odgovarajućeg tipa? Oni se obično nazivaju:
- mjerenje fizičkih indikatora za različite količine;
- razne transformacije skale;
- transformacija digitalnih signala u analogne i obrnuto;
- funkcionalne transformacije.
Napominjemo da je sličnoklasifikacija se može smatrati uslovnom. Ovo je prvenstveno zbog činjenice da nekoliko primarnih pretvarača može biti smješteno u istom mjernom instrumentu. Još jedan razlog da se klasifikacija o kojoj je gore raspravljano smatramo uslovnom je da se u različitim tipovima infrastrukture mjerenja mogu vršiti prema različitim principima.
Pojačavajuće cijevi
Još jedan tip uređaja popularnog u raznim sektorima privrede je cijev za pojačavanje slike. On, 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, rendgenskim zracima, u vidljivi spektar.
U ovom slučaju, odgovarajuća operacija se po pravilu izvodi u 2 faze. U prvoj fazi, nevidljivo zračenje prima fotokatoda, nakon čega se pretvara u elektronske signale. Koje se već u drugoj fazi pretvaraju u vidljivu sliku i prikazuju na ekranu. Ako se radi o kompjuterskom monitoru, tada se signal može unaprijed pretvoriti u digitalni kod.
Pojačavajuće cijevi su rješenja koja se tradicionalno svrstavaju u nekoliko generacija. Uređaji koji se odnose na prvi uključuju staklenu vakumsku tikvicu. Sadrži fotokatodu i anodu. Između njih se formira potencijalna razlika. Prilikom prijave zaOptimalni pretvarač napona unutar njega formira elektronsko sočivo sposobno da fokusira tokove elektrona.
Druge generacije sonde imaju module za ubrzanje elektrona, što rezultira poboljšanom svjetlinom slike. Uređaji treće generacije koriste materijale koji omogućavaju povećanje osjetljivosti fotokatode kao ključne komponente elektronsko-optičkog pretvarača za više od 3 puta.
Karakteristike otpornih pretvarača
Još jedan uobičajeni tip uređaja su otporni pretvarači. Razmotrite njihove karakteristike detaljnije.
Ovi pretvarači su prilagođeni da mijenjaju vlastiti električni otpor pod utjecajem jedne ili druge mjerene veličine. Oni također mogu ispraviti kutno i linearno kretanje. Najčešće su ovi pretvarači uključeni u sisteme automatizacije sa senzorima za pritisak, temperaturu, nivo osvetljenja i merenje intenziteta različitih vrsta zračenja. Glavne prednosti otpornih pretvarača:
- pouzdanost;
- nema veze između tačnosti mjerenja i stabilnosti napona napajanja.
Postoji veliki broj varijanti povezanih uređaja. Među najpopularnijim su senzori temperature. Hajde da proučimo njihove karakteristike.
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 karakteriše prvenstveno vrlo visoka preciznost. U nekim slučajevima omogućavaju promjenu temperature s tačnošću od oko 0,026 stepeni Celzijusa. Ovi uređaji sadrže elemente napravljene od platine - u ovom slučaju koeficijent otpora će biti manji, odnosno bakar.
Upotrebu otpornih senzora karakteriše niz nijansi. Dakle, treba uzeti u obzir da veće vrijednosti struje pobude koja se dovodi u senzor povećavaju njegovu temperaturnu osjetljivost, ali istovremeno zagrijavaju elemente odgovarajućeg pretvarača. To u mnogim slučajevima uzrokuje smanjenje njegove točnosti. Zbog toga se preporučuje da se osiguraju optimalne performanse struje pobude, uzimajući u obzir specifične uslove merenja. Izračun može uzeti, na primjer, toplinsku provodljivost medija u kojem se senzor koristi - zraka ili vode. U pravilu, preporučene indikatore za struje pobude 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 granična vrijednost radne struje. Obično ga također određuje proizvođač.
Otporni senzori su među najčešćim tipovima pretvarača u domaćinstvu. To je uglavnom zbog značajnih tehnoloških prednosti mnogih njihovih sorti. Na primjer, akogovorimo o termistorima - odlikuju 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 imaju i nedostatke - prije svega, ovo je visok stepen 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 osnovu različitih kriterija klasifikacije) se široko koriste u svakodnevnom životu. Na primjer, uobičajeno je uključiti senzore temperature koji sadrže elemente platine i bakra u svoj sastav:
- infrastruktura za grijanje - radi mjerenja temperature rashladnog sredstva u pojedinim dijelovima opreme, kao iu grijanoj prostoriji;
- mašine za pranje veša - radi merenja temperature vode i prilagođavanja različitim programima pranja;
- pegle - na sličan način kako bi se osigurala optimalna temperatura peglanja unutar određenog načina rada;
- električni štednjaci, kao i druge vrste opreme za kuvanje - takođe kako bi se osiguralo njihovo funkcionisanje kada su aktivirani određeni korisnički modovi.
Reostatski pretvarači
Još jedan popularan tip otpornih uređaja su reostatski pretvarači. Njihov princip rada zasniva se na mjerenju električnog otporajednog ili drugog provodnika pod uticajem ulaznog pomaka. U praksi ovaj pretvarač uključuje elemente koji su prilagođeni da se kreću zbog uticaja izmjerene vrijednosti. Najčešće su predmetni uređaji uključeni u razdjelnike napona ili se koriste kao sastavni element mjernih mostova.
Ako govorimo o prednostima koje karakteriziraju reostatske pretvarače, onda to uključuje:
- nema reaktivnog efekta na pokretne komponente;
- visoka efikasnost;
- male dimenzije, mogućnost upotrebe u infrastrukturi koja radi i na jednosmernu i naizmeničnu struju.
U isto vrijeme, otpornički pretvarači odgovarajućeg tipa nisu uvijek pouzdani i u mnogim slučajevima zahtijevaju značajne resurse poduzeća za održavanje funkcionalnosti.
