Signālu pārveidotāji: veidi, darbības princips un mērķis

Rūpniecībā un ikdienā tā ir izplatītadažādu veidu signālu pārveidotāju pielietošana. Šīs ierīces var pārstāvēt visplašākajā modifikāciju diapazonā, kas ir piemērots problēmu risināšanai dažādās ekonomikas jomās. Kādus signālu pārveidotāju tipus var klasificēt kā visbiežāk sastopamos? Kādas ir viņu darbības īpašības?

Kāds ir signālu pārveidotāju mērķis?

Signālu pārveidotāji ir ierīces, kaspatiešām var tikt pārstāvēta visplašākajā risinājumu klāstā. Šis termins efektīvi kolektīvs un tas var attiekties uz iekārtām, ko izmanto dažādos segmentos ekonomikas un klasificējusi pilnīgi atšķirīgus kritērijus. Galvenie veidi signālus, kas var pārveidot ierīci jautājumu:

- elektriskais;

- skaņa;

- temperatūra;

- tehnoloģiskā daba.

Atkarībā no uzdevumiem, ar ko saskarasno signāla pārveidotāja, moduļus, kas apstrādā vairākus dažādu datu tipus, var apvienot attiecīgās ierīces struktūrā. Tātad transformāciju var veikt tā paša veida signālos (piemēram, no vienas frekvences uz otru) vai arī mehānismu, kas ietver tulkošanu starp dažādām signālu kategorijām. Piemēram, elektriskā skaņa.

Visbiežāk sastopamās ierīces irpārveidotājs analogos signālus uz ciparu (un otrādi, ja tas ir paredzēts iekšējās ierīce struktūra moduļus). Apskatīsim sava darba iezīmes.

Analog-ciparu pārveidotājs

Attiecīgā ierīce ir paredzētapārveidot jebkuru analogo signālu, piemēram, par sprieguma indeksiem, digitālā formā (ļaujot, piemēram, fiksēt attiecīgo signālu).

Viens no galvenajiem attiecīgās ierīces efektivitātes kritērijiem ir datu bitu dziļums pie izlaides. Tās vērtība nosaka signāla-trokšņa attiecības līmeni.

Vēl viens nozīmīgs parametrs, kas raksturoIerīces, tādas kā analogais pārveidotājs, darbības kvalitāte ir ātrums, kādā tiek ģenerēts izejas signāls. Starp tām ierīcēm, kas nodrošina optimālu veiktspēju, ir tādi, kas ir paralēlā tipa. Viņi ģenerē lielas signāla plūsmas, izmantojot nepieciešamo adatu skaitu. Šī ierīces iezīme daudzos gadījumos nosaka nepieciešamo pārveidotāju izlaišanu, kam raksturīgi lieli izmēri. Turklāt analogo signālu pārveidotājiem var būt diezgan augsts enerģijas patēriņš. Tomēr, ņemot vērā šo ierīču efektivitāti, šīs funkcijas bieži netiek uzskatītas par nelabvēlīgām.

Konvertēt signālus no analogās uz ciparuParalēlas ierīces tiek veiktas ļoti ātri. Nodrošiniet vēl ātru atbilstoša veida ierīces darbību, izmantojot vairāku ierīču savienojumu, lai tās varētu apstrādāt signālu plūsmu savukārt.

Var būt alternatīva paralēlajiem risinājumiemsērijas tipa signālu pārveidotāji. Tie parasti ir mazāk produktīvi, bet ir energoefektīvāki. To piemērošana var būt saistīta ar tiem gadījumiem, kad ir jānodrošina signālu pārraide zemas jaudas infrastruktūras ietvaros vai gadījumā, ja nav nepieciešams lielāks konversijas ātrums nekā tas, ko nodrošina secīgas ierīces.

Var atzīmēt, ka ir ierīcesjaukts veids, apvienojot sērijas un paralēlo pārveidotāju funkcijas. Daudzos gadījumos tie ir vispilnīgākie risinājumi attiecībā uz atbilstību ekonomikas un produktivitātes kritērijiem.

Iepriekš mēs atzīmējām, ka analogo digitālopārveidotāji var ietvert moduļus, caur kuriem tiek pārveidoti ciparu signāli analogos signālos. Ir arī atsevišķa atbilstoša tipa ierīču kategorija. Ļaujiet mums izpētīt to īpašības.

Digitāli analogie pārveidotāji

Gadījumā, ja lietotājspiemēram, televizoram ir analogais signāls, pēc tam tā darbība būs iespējama, pieslēdzot piemērotu antenu. Vai arī, ja avota signāli tiek pārvērsti analogos signālos, kurus televizors var atpazīt. To avots var būt savukārt digitāla antena. Vai arī kā iespēju, signālu, kas saņemts caur internetu.

Tāpēc ierīce, uz kuru attiecaspārveido signālu, kas satur digitālo kodu, strāvā, spriegumā vai lādē, kas tiek nosūtīts apstrādei analogos moduļos. Konkrētie šīs transformācijas mehānismi ir atkarīgi no ievaddatu veida. Piemēram, ja mēs runājam par skaņu, tad pie ieejas tas parasti tiek attēlots impulsa koda modulācijā. Ja avota fails ir saspiests, signālu pārvēršanai var izmantot īpašus programmatūras kodekus. Savukārt digitālā antena parasti pārraida signālu apstrādei ar aparatūras metodēm.

Ierīces, kas ietverApskatāmos pārveidotājus var papildināt ar moduļiem dažādiem mērķiem. Piemēram, nodrošinot televīzijas pārraides reproducēšanu, papildus moduļiem, kurus pārveidotājs izmanto, var izmantot video signāla pastiprinātāju. Daudzos gadījumos tas ir nepieciešams, lai nodrošinātu augstas kvalitātes attēlu, kad analogais signāls tiek pārveidots digitālā formātā. Arī video signāla pastiprinātājs tiek izmantots, ja vēlaties pārsūtīt attēlu uz lielu attālumu.

Televīzija nav vienīgā aktīva jomaattiecīgo ierīču lietošana. Atbilstošie pārveidotāji ir iekļauti, piemēram, kompaktdisku atskaņotājos, kas arī pārveido ciparu signālu par analogo.

Ultraskaņas devēji

Nākamā kopējā ierīču kategorija -ultraskaņas devējs. Var atzīmēt, ka to var attēlot ierīces ar visplašāko pielietojumu klāstu, kā arī darbības principi. Viens no kopīgām ultraskaņas devēju šķirnēm ir zemūdens vienība, kas ir paredzēta, lai ar noteiktu frekvenci ultraskaņu pārnestu uz ūdeni vai citu šķidrumu. Šo ierīci var izmantot, piemēram, attīrīt dažādus objektus no piesārņojuma - vannās, ko izmanto ultraskaņas tīrīšanai.

Ir arī citas darbības jomasierīces. Ultraskaņas devēju var izmantot, lai uzraudzītu noteiktu konstrukciju integritāti, savienojumus un noteiktu objektu bojājumus.

Lineārie un impulsu pārveidotāji

Ņemot vērā pieteikuma īpašībaspārveidotāji, būs noderīgi pievērst uzmanību klasifikācijai, saskaņā ar kuru tie ir iedalīti lineāros un impulsos. Faktiski šie kritēriji atspoguļo divus svarīgākos pārveidotāja darbības principus.

Tie, kas ir lineāri, var strādātanalogās shēmas princips, kurā pārveidotie signāli tiek veidoti vienmērīgā tempā. Pulsa pārveidotājs pieņem aktīvāku signālu parādīšanu gan izejas, gan iekšējās apstrādes laikā. Tomēr, ja šo darbību veic tikai signālu apstrādes iekšējā stadijā, attiecīgā ierīce var veidot tādus pašus parametrus kā gadījumā ar lineāro pārveidotāju. Tādējādi lineārās vai impulsa apstrādes jēdzienu var uzskatīt tikai saistībā ar attiecīgā tipa ierīces galveno aparatūras komponentu darbības principu.

Pulse pārveidotāji ir galvenokārtTie tiek izmantoti, ja tiek uzskatīts, ka lieljaudas signālu apstrāde ir daļa no izmantotās infrastruktūras. Tas ir saistīts ar faktu, ka attiecīgo ierīču efektivitāte šādos gadījumos ir daudz augstāka nekā tad, ja tos izmanto zemākas jaudas signālu apstrādei. Vēl viens šo risinājumu izvēles faktors ir transformatora vai kondensatora ierīču izmantošana izmantotajā infrastruktūrā, ar kuru impulsu pārveidotājiem ir optimāla saderība.

Savukārt lineārais pārveidotājs irIerīce, ko izmanto infrastruktūrā, kurā tiek apstrādāti mazjaudas signāli. Vai arī, ja ir nepieciešams samazināt traucējumus, ko izraisa pārveidotāja darbība. Jāatzīmē, ka risinājumu efektivitāte lieljaudas infrastruktūrā nav visizteiktākā, tāpēc šīs ierīces visbiežāk piešķir lielāku siltuma daudzumu nekā impulsu pārveidotāji. Turklāt to svars un izmēri ir ievērojami lielāki.

Bet, tā vai citādi, praksē darbojaspārveidotājs saskaņā ar impulsa principu var pieņemt, ka tā pārneses funkcija veidojas lineārā formā. Tādēļ, pirms tiek ieviesti piemēroti signāla pārveidotāji infrastruktūrā, jums jāapsver to iekšējā struktūra piemērojamajai signālu apstrādes shēmai.

Mērīšanas devēji

Vēl viena kopīga risinājumu kategorija -mērīšanas pārveidotāji. Kādas ir to īpašības? Mērīšanas devējs ir ierīce, kuru var attēlot arī daudzās šķirnēs. Apvieno ierīces spēju mērot gan noteiktu daudzumu mērīšanu, gan konversiju.

Ir iespējams apsvērt visplašāk izplatīto shēmuAttiecīgā tipa mērierīču darbība, pie kuras signāls tiek apstrādāts vairākos posmos. Vispirms devējs to ņem, tad pārvērš to vērtībā, kuru var izmērīt, pēc tam - pārvēršot par kādu noderīgu enerģiju. Piemēram, ja tiek izmantots analogais strāvas devējs, tad tiek veikta elektriskās enerģijas pārveidošana mehāniskajā režīmā.

Protams, konkrēti piemērošanas mehānismiattiecīgos lēmumus var uzrādīt ārkārtīgi plašā diapazonā. Parasti ir jāizmanto mērīšanas transformācijas zinātniskiem mērķiem kā infrastruktūras daļa eksperimentu un pētījumu veikšanai. Lielākajā daļā mērīšanas devēju apvieno to pielāgošanās spējas, galvenokārt, lai apstrādātu vai pārveidotu signālu, izmantojot standartizētus raksturlielumus. Var atzīmēt, ka šīs īpašības ne vienmēr var būt domātas pārveidotāja gala lietotājam. Viņu iesaistīšana daudzos gadījumos tiek veikta slēptā režīmā. Cilvēks, izmantojot piemērotus signālu pārveidotājus, uz izejas saņem tikai vajadzīgo signālu, kas pielāgots dažādiem mērķiem.

Tādējādi šie lēmumi parasti navTos izmanto kā neatkarīgus infrastruktūras veidus. Tie ir daļa no sarežģītākām ierīcēm - piemēram, automatizācijas sistēmas mērījumiem ražošanā. Mērīšanas devēji visbiežāk tiek iedalīti 2 galvenajās grupās - primārajā un starpproduktā. Būtu lietderīgi aplūkot abu veidu specifiku.

Mērinstrumentu klasifikācija: primārie un starpproduktu šķīdumi

Ierīces, kas pieder primāro,kā parasti, tiek izmantoti kā sensori. Tas nozīmē, ka tie ir devēji, kuriem tieši izmērītais daudzums darbojas tieši. Pārējās ierīces pieder starpkategorijai. Tie ievieto mērīšanas infrastruktūrā tūlīt pēc pirmajām, un tā var būt atbildīga par lielu skaitu darbību, kas saistīta ar pārveidošanu. Kāda veida darbības var veikt atbilstoša tipa signāla pārveidotāju? Tiem parasti ir iekļauts:

- dažādu daudzumu fizisko rādītāju mērīšana;

- dažāda apjoma reklāmguvumi;

- ciparu signālu pārveidošana par analogajiem signāliem un otrādi;

funkcionālas pārveides.

Ņemiet vērā, ka šādu klasifikāciju var izskatītnosacīti. Tas galvenokārt ir saistīts ar faktu, ka vienā un tajā pašā mērīšanas instrumentā var atrasties vairāki primārie devēji. Vēl viens iemesls uzskatīt iepriekš minēto nosacījuma klasifikāciju - ir tas, ka dažādu veidu infrastruktūrās mērījumus var veikt, ievērojot atšķirīgus principus.

Elektronu optiskie pārveidotāji

Vēl viens populārs dažādās ekonomikas jomāsierīces tips - elektronu optiskais pārveidotājs. Tas, tāpat kā cita veida ierīces, par kurām aprakstīts iepriekš, var tikt attēlotas dažādos dizainparaugos. Kopīgais darbības princips apvieno elektronu optiskos pārveidotājus: tas ietver nemanāma objekta pārvēršanu redzamā spektrā, piemēram, infrasarkanajā, ultravioleto vai, piemēram, rentgenstaru apgaismojumā.

Šajā gadījumā atbilstošā darbība, kā likums,tiek veikta divos posmos. Sākumā fotokatodā tiek uztverts neredzams starojums, pēc kura to pārvērš elektroniskos signālos. Kas jau otrajā posmā tiek pārvērsti par redzamu attēlu un parādīti ekrānā. Datora monitora gadījumā signālu var iepriekš pārveidot par digitālo kodu.

Elektronu optiskie pārveidotāji - risinājumi,ko tradicionāli klasificē vairākām paaudzēm. Ierīcēm, kas saistītas ar pirmo, ir stikla vakuuma kolba. Tajā atrodas fotokatode un anoda. Starp tām veidojas potenciāla atšķirība. Kad pārveidotājam tiek piemērots optimālais spriegums, pārveidotāja iekšpusē tiek izveidots elektronu lēca, kas var fokusēt elektronu plūsmas.

Otrās paaudzes pārveidotāji ir klātelektronu paātrinājuma moduļi, kā rezultātā pastiprina attēla spilgtums. Trešās paaudzes ierīcēs tiek izmantoti materiāli, kas palielina fotokatoda jutību kā elektronu optiskā pārveidotāja galveno sastāvdaļu vairāk nekā 3 reizes.

Pretestības devēju iezīmes

Vēl viens kopīgs ierīces veids - pretestības pārveidotāji. Mēs apsvērsim to īpatnības sīkāk.

Šie pārveidotāji ir pielāgoti pārmaiņāmja tam ir noteikta izmērītā vērtība. Viņi var arī pielāgot leņķisko un lineāro kustību. Visbiežāk šie devēji ir iekļauti automatizācijas sistēmās ar spiediena, temperatūras, apgaismojuma līmeņa sensoriem, mērot dažāda veida starojuma intensitāti. Pretestības devēju galvenās priekšrocības ir:

- uzticamība;

- nav atkarības starp mērījumu precizitāti un barošanas sprieguma stabilitāti.

Ir daudz dažādu attiecīgo ierīču šķirņu. Vispopulārākie ir temperatūras sensori. Mēs izpētām to īpašības.

Pretestības temperatūras sensori

Šie signālu pārveidotāji irsastāvdaļas, kas ir jutīgas pret apkārtējās temperatūras izmaiņām. Ja tas palielinās, tad to pretestība var palielināties. Šīs ierīces galvenokārt raksturo ļoti augsta precizitāte. Dažos gadījumos tie ļauj mainīt temperatūru ar precizitāti 0,0266 grādi pēc Celsija. Šīs ierīces ietver elementus no platīna - šajā gadījumā pretestības koeficients būs mazāks vai varš.

Rezistīvo sensoru izmantošana raksturo:nianses tuvumā. Tātad, jāatzīmē, ka sensora paaugstinātais ierosinātāja strāvas stiprums paaugstina temperatūras jutību, bet tajā pašā laikā tie sasilda atbilstošā pārveidotāja elementus. Tas daudzos gadījumos samazina tā precizitāti. Tāpēc ieteicams nodrošināt optimālu izturēšanas strāvas darbību, ņemot vērā īpašos mērīšanas apstākļus. Piemēram, siltuma vadītspēja vidē, kurā tiek izmantots sensors, var ņemt vērā gaisu vai ūdeni. Parasti ieteicamos lauka strāvas rādītājus nosaka attiecīgā tipa sensoru ražotāji. Tomēr tie var ievērojami atšķirties atkarībā no metāla, ko izmanto ierīces konstrukcijā. Turklāt, lietojot attiecīgos sensorus, jāņem vērā tāds rādītājs kā darbības strāvas robežvērtība. Parasti to nosaka arī ražotājs.

Rezistīvie sensori ir vieni no visvairāktautu pārveidotāji. Tas lielā mērā ir saistīts ar daudzu to šķirņu ievērojamām tehnoloģiskām priekšrocībām. Piemēram, ja runājam par termistoriem, tiem raksturīga augsta jutība, kompaktums, mazs svars. Gaisa temperatūru dažādos apstākļos var izmērīt atbilstoši sensoriem. Viņu ražošana bieži nenozīmē ievērojamas izmaksas. Taisnība, ka ir termistori un trūkumi - vispirms tas ir augsts nelinearitātes pakāpe, kā rezultātā tos praktiski var izmantot diezgan šauros temperatūras diapazonos.

Piemēroti tipa signāla pārveidotāji(to veidus un mērķi var noteikt, pamatojoties uz dažādiem klasifikācijas kritērijiem) plaši izmanto ikdienas dzīvē. Piemēram, parasti ir jāiekļauj temperatūras devēji, kas sastāv no platīna un vara elementiem:

- apkures infrastruktūra - lai mērītu dzesēšanas šķidruma temperatūras rādītājus noteiktās aprīkojuma vietās, kā arī apsildāmās telpās;

- veļas mašīnas - lai mērītu ūdens temperatūru un tās pielāgošanu dažādām mazgāšanas programmām;

- gludekļi - tāpat, lai nodrošinātu optimālu gludināšanas temperatūru noteiktā darbības režīmā;

- elektriskās plītis, kā arī cita veida iekārtas ēdiena gatavošanai - arī, lai nodrošinātu to darbību, aktivizējot šos vai citus lietotāju režīmus.

Reostatu pārveidotāji

Cits populārs pretestības ierīces veids -reostati pārveidotāji. Viņu darbības princips ir balstīts uz vadītāja elektriskās pretestības mērīšanu, mainot ieejas nobīdi. Praksē šis devējs ietver elementus, kas ir pielāgoti kustībai, ņemot vērā izmērītās vērtības ietekmi. Visbiežāk attiecīgās ierīces ir iekļautas sprieguma dalītājos vai tiek izmantotas kā mērīšanas tiltu daļa.

Ja mēs runājam par nopelniem, kas raksturo reostatiskos devējus, tad tie ietver:

- reaktīvs efekts uz mobilajām sastāvdaļām nav;

- augsta efektivitāte;

- maza izmēra, iespēja izmantot infrastruktūru, kas darbojas gan tiešajā, gan maiņstrāvā.

Tajā pašā laikā atbilstoša tipa pretestības devēji ne vienmēr ir droši, un daudzos gadījumos uzņēmumam ir nepieciešamas ievērojamas izmaksas, lai saglabātu funkcionalitāti.