Pramonėje ir kasdieniame gyvenime dažnai naudojami įvairių tipų signalo keitikliai. Šie įrenginiai gali būti pateikiami pačių įvairiausių modifikacijų, pritaikytų spręsti įvairių ekonomikos sričių problemas. Kokius signalų keitiklių tipus galima priskirti dažniausiai? Kokios galėtų būti jų veikimo ypatybės?
Kokia yra signalo keitiklių paskirtis?
Signalų keitikliai yra įrenginiai, kurie tikrai gali būti pateikiami įvairiausiais sprendimais. Šis terminas iš tikrųjų yra kolektyvinis ir gali reikšti įrangą, naudojamą skirtinguose ekonomikos segmentuose ir klasifikuojamą pagal visiškai skirtingus kriterijus. Pagrindiniai signalų tipai, kuriuos atitinkami įrenginiai gali konvertuoti, yra šie:
- elektrinis;
- garsas;
- temperatūra;
- technologinis pobūdis.
Priklausomai nuo užduočių, su kuriomis susiduria signalo keitiklio vartotojas, atitinkamo įrenginio struktūra gali sujungti modulius, apdorojančius kelių skirtingų tipų duomenis. Todėl konvertavimas gali būti atliekamas naudojant vieno tipo signalą (pavyzdžiui, iš vieno dažnio į kitą) arba tai gali būti mechanizmas, apimantis skirtingų kategorijų signalų vertimą. Pavyzdžiui, iš elektrinio į garsą.
Dažniausiai naudojami įrenginiai apima analoginių signalų keitiklį į skaitmeninį (ir atvirkščiai, jei tai numatyta įrenginio vidinių modulių struktūroje). Apsvarstykite jo darbo ypatybes.
A/D keitiklis
Atitinkamas įrenginys yra skirtas bet kokį analoginį signalą, pvz., rodomą įtampos indikatoriais, konvertuoti į skaitmeninę formą (pavyzdžiui, leidžianti įrašyti atitinkamą signalą į failą).
Vienas iš pagrindinių nagrinėjamo įrenginio efektyvumo kriterijų yra išvesties duomenų talpa. Jo reikšmė lemia signalo ir triukšmo santykį.
Kitas reikšmingas parametras, apibūdinantis tokio įrenginio, kaip analoginio keitiklio, veikimo kokybę, yra išėjimo signalo formavimo greitis. Tarp tų įrenginių, kurie užtikrina optimalų veikimą, yra lygiagrečio tipo įrenginiai. Jie formuoja didelius signalų srautus naudodami reikiamą kaiščių skaičių. Ši prietaiso veikimo savybė daugeliu atvejų nulemia atitinkamų keitiklių, pasižyminčių dideliais matmenimis, išleidimą. Be to, analoginio signalo keitikliai gali sunaudoti gana daug energijos. Tačiau, atsižvelgiant į efektyvumąšių įrenginių veikimo, pastebėtos jų savybės dažnai nėra laikomos trūkumais.
Signalų konvertavimas iš analoginių į skaitmeninius lygiagrečius įrenginius yra labai greitas. Norėdami užtikrinti dar didesnį atitinkamo tipo įrenginių greitį, galite prijungti kelis įrenginius, kad jie paeiliui apdorotų signalų srautus.
Paralelinių sprendimų alternatyva gali būti nuosekliojo tipo signalų keitikliai. Jie paprastai yra mažiau produktyvūs, bet taupesni energiją. Jų naudojimas gali būti sąlygotas tais atvejais, kai kyla klausimas dėl signalų perdavimo mažos talpos infrastruktūroje arba tuo atveju, kai nereikia didesnio konversijos koeficiento, nei suteikia nuoseklieji įrenginiai.
Galima pastebėti, kad yra mišraus tipo įrenginių, kurie sujungia nuosekliųjų ir lygiagrečių keitiklių funkcijas. Daugeliu atvejų jie yra geriausias sprendimas sąnaudų ir našumo kriterijų atžvilgiu.
Aukščiau pažymėjome, kad analoginio į skaitmeninį keitikliuose gali būti modulių, kurie konvertuoja skaitmeninius signalus į analoginius. Taip pat yra atskira atitinkamo tipo įrenginių kategorija. Panagrinėkime jų ypatybes.
Skaitmeninio-analoginio keitikliai
Jei vartotojas turi, pavyzdžiui, televizorių analoginiam signalui, tada joveikimas bus įmanomas, kai bus prijungta tinkama antena. Arba pakeičiami originalūs signalai į analoginius, kuriuos šis televizorius gali atpažinti. Jų š altinis savo ruožtu gali būti skaitmeninė antena. Arba signalas, gautas internetu.
Todėl aptariamas įrenginys signalą, kuriame yra skaitmeninis kodas, konvertuoja į srovę, įtampą arba krūvį, kuris perduodamas į analoginius modulius apdoroti. Konkretūs šios transformacijos mechanizmai priklauso nuo pradinių duomenų tipo. Pavyzdžiui, jei mes kalbame apie garsą, tada įvestyje jis paprastai pateikiamas impulsinio kodo moduliacijoje. Jei š altinio failas yra suspaustas, signalams konvertuoti gali būti naudojami specialūs programinės įrangos kodekai. Savo ruožtu skaitmeninė antena dažniausiai perduoda signalą apdoroti aparatūros metodais.
Įrenginiai, kuriuose yra aptariami keitikliai, gali būti papildyti įvairios paskirties moduliais. Pavyzdžiui, atkuriant televizijos transliaciją, be tų modulių, kuriuos naudoja keitiklis, galima naudoti vaizdo signalo stiprintuvą. Daugeliu atvejų tai būtina norint užtikrinti aukštą vaizdo kokybę konvertuojant analoginį signalą į skaitmeninį. Be to, vaizdo signalo stiprintuvas naudojamas, jei reikia perkelti nuotraukas dideliu atstumu.
Televizija nėra vienintelė aktyvaus aptariamų įrenginių taikymo sritis. Atitinkami keitikliai yra, pavyzdžiui, CD grotuvuose,kurios taip pat konvertuoja skaitmeninį signalą į analoginį.
Ultragarsiniai keitikliai
Kita įprasta prietaisų kategorija yra ultragarsinis keitiklis. Galima pastebėti, kad jį gali pavaizduoti įrenginiai, turintys plačiausią pritaikymo spektrą, taip pat veikimo principus. Tarp įprastų ultragarsinių keitiklių variantų yra panardinamasis įrenginys, skirtas perduoti ultragarsą tam tikru dažniu į vandenį ar kitą skystą terpę. Šis prietaisas gali būti naudojamas, pavyzdžiui, norint išvalyti įvairius objektus nuo teršalų – kaip ultragarsiniam valymui naudojamų vonių dalį.
Yra ir kitų nagrinėjamų įrenginių taikymo sričių. Ultragarsiniu keitikliu galima valdyti tam tikrų konstrukcijų, jungčių vientisumą, patikrinti, ar tam tikri objektai nepažeisti.
Tiesiniai ir impulsiniai keitikliai
Atsižvelgiant į keitiklių naudojimo ypatybes, bus naudinga atkreipti dėmesį į klasifikaciją, pagal kurią jie skirstomi į tiesinius ir impulsinius. Tiesą sakant, šie kriterijai atspindi du svarbiausius keitiklių veikimo principus.
Tie, kurie yra tiesiniai, gali dirbti analoginės grandinės principu, kai konvertuojami signalai formuojami sklandžiai. Impulsų keitiklis aktyviau vaizduoja signalus tiek išėjime, tiek jų vidinio apdorojimo metu. Tačiau tuo atveju, jeiši operacija atliekama tik vidinėje signalo apdorojimo stadijoje, atitinkamas įrenginys gali generuoti praktiškai tuos pačius rodiklius kaip ir tuo atveju, kai naudojamas tiesinis keitiklis. Taigi linijinio arba impulsinio apdorojimo sąvoka gali būti svarstoma tik atsižvelgiant į atitinkamo tipo įrenginio pagrindinių techninės įrangos komponentų veikimo principą.
Impulsiniai keitikliai dažniausiai naudojami tais atvejais, kai naudojama infrastruktūra turėtų apdoroti didelės galios signalus. Taip yra dėl to, kad atitinkamų įrenginių efektyvumas tokiais atvejais yra daug didesnis nei tada, kai jie naudojami mažesnės galios signalams apdoroti. Kitas veiksnys renkantis šiuos sprendimus yra transformatorių arba kondensatorių įtaisų naudojimas kaip naudojamos infrastruktūros dalis, su kuriais impulsų keitikliai yra optimaliai suderinami.
Savo ruožtu linijinis keitiklis yra įrenginys, naudojamas infrastruktūroje, kurioje apdorojamas mažos galios signalas. Arba jei reikia sumažinti triukšmą, atsirandantį dėl keitiklio veikimo. Verta pažymėti, kad svarstomų sprendimų efektyvumas didelės galios infrastruktūroje nėra pats ryškiausias, todėl šie įrenginiai dažniausiai išskiria didesnį šilumos kiekį nei impulsiniai keitikliai. Be to, jų svoris ir matmenys yra žymiai didesni.
Tačiau vienaip ar kitaip, praktiškai keitiklio veikimas pagal impulsų principą gali apimtijos perdavimo funkcijos formavimas tiesine forma. Todėl prieš įdiegiant atitinkamus signalų kondicionavimo įrenginius į infrastruktūrą, reikėtų atsižvelgti į jų vidinę struktūrą, taikomą signalo apdorojimo schemoje.
Matavimo keitikliai
Kita įprasta sprendimų kategorija yra keitikliai. Kokios jų savybės? Matavimo keitiklis yra prietaisas, kuris taip pat gali būti pateikiamas daugybe rūšių. Šiuos įrenginius vienija jų gebėjimas matuoti ir transformuoti tam tikrus kiekius.
Įprasta atsižvelgti į atitinkamo tipo matavimo prietaisų veikimo schemą, kurioje signalas apdorojamas keliais etapais. Pirma, keitiklis jį gauna, tada paverčia į vertę, kurią galima išmatuoti, tada paverčia ją naudinga energija. Pavyzdžiui, jei naudojamas analoginis srovės matavimo keitiklis, tada elektros energija paverčiama mechanine energija.
Žinoma, konkrečių atitinkamų sprendimų taikymo mechanizmų galima pateikti itin platų. Plačiai paplitęs matavimų transformacijų naudojimas moksliniais tikslais kaip eksperimentų ir tyrimų infrastruktūros dalis. Daugumą matavimo keitiklių vienija jų gebėjimas, visų pirma, dirbti naudojant normalizuotas charakteristikas apdorojant ar transformuojant signalą. GaliAtminkite, kad šios specifikacijos ne visada gali būti skirtos galutiniam keitiklio vartotojui. Jų aktyvinimas daugeliu atvejų atliekamas paslėptu režimu. Asmuo, naudodamas atitinkamus signalų keitiklius, išėjime gauna tik reikiamą signalą, pritaikytą naudoti įvairiems tikslams.
Todėl šie sprendimai, kaip taisyklė, nenaudojami kaip savarankiški infrastruktūros tipai. Jie yra sudėtingesnių įrenginių dalis – pavyzdžiui, gamyboje naudojamos matavimo automatizavimo sistemos. Matavimo keitikliai dažniausiai skirstomi į 2 pagrindines grupes – pirminius ir tarpinius. Bus naudinga atsižvelgti į abiejų specifiką.
Matavimo keitiklių klasifikacija: pirminiai ir tarpiniai sprendimai
Įrenginiai, priklausantys pirminių kategorijai, kaip taisyklė, naudojami kaip jutikliai. Tai yra, jie yra keitikliai, kuriuos viena ar kita išmatuota vertė veikia tiesiogiai. Likę įrenginiai klasifikuojami kaip tarpiniai. Jie patalpinami į matavimo infrastruktūrą iš karto po pirmųjų ir gali būti atsakingi už daugybę operacijų, susijusių su transformacija. Kokias konkrečias operacijas gali atlikti atitinkamo tipo signalo lygio keitiklis? Jie paprastai vadinami:
- įvairių dydžių fizinių rodiklių matavimas;
- įvairios mastelio transformacijos;
- skaitmeninių signalų pavertimas analoginiais ir atvirkščiai;
- funkcinės transformacijos.
Atkreipkite dėmesį, kad panašusklasifikacija gali būti laikoma sąlygine. Taip yra visų pirma dėl to, kad tame pačiame matavimo prietaise gali būti keli pirminiai keitikliai. Kita priežastis laikyti pirmiau aptartą klasifikaciją sąlygine yra ta, kad skirtingų tipų infrastruktūroje matavimai gali būti atliekami pagal skirtingus principus.
Stipriklio vamzdeliai
Kitas prietaisų tipas, populiarus įvairiuose ekonomikos sektoriuose, yra vaizdo stiprintuvas. Jis, kaip ir kiti aukščiau aptarti prietaisai, gali būti įvairių dizainų. Elektroninius-optinius keitiklius vienija bendras veikimo principas: nematomas objektas, pavyzdžiui, apšviestas infraraudonaisiais, ultravioletiniais ar, pavyzdžiui, rentgeno spinduliais, paverčiamas matomu spektru.
Šiuo atveju atitinkama operacija, kaip taisyklė, atliekama 2 etapais. Pirmajame etape nematomą spinduliuotę priima fotokatodas, po kurio ji paverčiama elektroniniais signalais. Kurie jau antrame etape paverčiami matomu vaizdu ir rodomi ekrane. Jei tai kompiuterio monitorius, signalą galima iš anksto konvertuoti į skaitmeninį kodą.
Intensifikatorių vamzdeliai yra sprendimai, kurie tradiciškai skirstomi į kelias kartas. Prietaisai, susiję su pirmuoju, yra stiklinė vakuuminė kolba. Jame yra fotokatodas ir anodas. Tarp jų susidaro potencialų skirtumas. Kreipdamiesi dėlJo viduje esantis optimalus įtampos keitiklis sudaro elektroninį objektyvą, galintį sufokusuoti elektronų srautus.
Antros kartos keitikliuose yra elektronų pagreičio moduliai, todėl vaizdas yra ryškesnis. Trečiosios kartos įrenginiuose naudojamos medžiagos, leidžiančios padidinti fotokatodo, kaip pagrindinės elektroninio optinio keitiklio komponento, jautrumą daugiau nei 3 kartus.
Varžinių keitiklių ypatybės
Kitas įprastas prietaisų tipas yra varžiniai keitikliai. Apsvarstykite jų ypatybes išsamiau.
Šie keitikliai pritaikyti keisti savo elektrinę varžą, veikiant vienam ar kitam išmatuotam kiekiui. Jie taip pat gali koreguoti kampinį ir linijinį judėjimą. Dažniausiai šie keitikliai įtraukiami į automatikos sistemas su slėgio, temperatūros, apšvietimo lygio, įvairių spinduliuotės intensyvumo matavimo jutikliais. Pagrindiniai varžinių keitiklių pranašumai:
- patikimumas;
- nėra ryšio tarp matavimų tikslumo ir maitinimo įtampos stabilumo.
Yra daug įvairių susijusių įrenginių. Tarp populiariausių yra temperatūros jutikliai. Panagrinėkime jų ypatybes.
Varžiniai temperatūros jutikliai
Šiuose signalo keitikliuose yra komponentų, kurie jautrūs aplinkos temperatūros pokyčiams. Jei jis pakyla, tada jų pasipriešinimas gali padidėti. Šie prietaisai visų pirma pasižymi labai dideliu tikslumu. Kai kuriais atvejais jie leidžia keisti temperatūrą maždaug 0,026 laipsnių Celsijaus tikslumu. Šiuose įrenginiuose yra elementų, pagamintų iš platinos – tokiu atveju varžos koeficientas bus mažesnis arba vario.
Varžinių jutiklių naudojimas pasižymi daugybe niuansų. Taigi, reikia atsižvelgti į tai, kad didesnės į jutiklį tiekiamos sužadinimo srovės vertės padidina jo jautrumą temperatūrai, tačiau tuo pačiu įkaitina ir atitinkamo keitiklio elementus. Dėl to daugeliu atvejų sumažėja jo tikslumas. Todėl, atsižvelgiant į konkrečias matavimo sąlygas, rekomenduojama užtikrinti optimalų žadinimo srovės efektyvumą. Skaičiuojant galima, pavyzdžiui, terpės, kurioje naudojamas jutiklis, šilumos laidumą – oro arba vandens. Paprastai rekomenduojamus sužadinimo srovių rodiklius nustato atitinkamo tipo jutiklių gamintojai. Tačiau jie gali labai skirtis priklausomai nuo metalų, naudojamų gaminant prietaisus. Be to, naudojant atitinkamus jutiklius, būtina atsižvelgti į tokį indikatorių kaip darbo srovės ribinė vertė. Paprastai tai taip pat nustato gamintojas.
Varžiniai jutikliai yra vieni dažniausiai buityje naudojamų keitiklių tipų. Taip yra daugiausia dėl reikšmingų daugelio jų veislių technologinių pranašumų. Pavyzdžiui, jeikalbėti apie termistorius - jie pasižymi dideliu jautrumu, kompaktiškumu, mažu svoriu. Tinkamo tipo jutikliai gali būti naudojami oro temperatūrai matuoti įvairiomis sąlygomis. Jų gamyba dažniausiai nereikalauja didelių išlaidų. Tiesa, termistoriai turi ir trūkumų – visų pirma, tai yra didelis netiesiškumo laipsnis, dėl kurio juos galima praktiškai naudoti gana siauruose temperatūrų diapazonuose.
Atitinkamo tipo signalų keitikliai (jų tipai ir paskirtis gali būti nustatomi pagal skirtingus klasifikavimo kriterijus) yra plačiai naudojami kasdieniame gyvenime. Pavyzdžiui, įprasta įtraukti temperatūros jutiklius, kurių sudėtyje yra platinos ir vario elementų:
- šildymo infrastruktūra - norint išmatuoti aušinimo skysčio temperatūrą tam tikrose įrangos dalyse, taip pat šildomoje patalpoje;
- skalbimo mašinos - vandens temperatūrai matuoti ir pritaikyti įvairioms skalbimo programoms;
- lygintuvai – taip pat užtikrina optimalią lyginimo temperatūrą tam tikru veikimo režimu;
- elektrinės viryklės, taip pat kiti maisto gaminimo įrenginiai - taip pat siekiant užtikrinti jų veikimą, kai įjungiami tam tikri vartotojo režimai.
Reostato keitikliai
Kitas populiarus varžinių įtaisų tipas yra reostatiniai keitikliai. Jų veikimo principas pagrįstas elektros varžos matavimuvieno ar kito laidininko, veikiant įvesties poslinkiui. Praktiškai šis keitiklis apima elementus, kurie yra pritaikyti judėti dėl išmatuotos vertės įtakos. Dažniausiai aptariami prietaisai yra įtraukiami į įtampos daliklius arba naudojami kaip neatsiejamas matavimo tiltelių elementas.
Jei kalbėtume apie privalumus, būdingus reostatiniams keitikliams, tai apima:
- jokio reaktyvaus poveikio judantiems komponentams;
- didelis efektyvumas;
– maži matmenys, galimybė naudoti infrastruktūroje, veikiančioje tiek nuolatine, tiek kintama srove.
Tuo pačiu metu atitinkamo tipo varžiniai keitikliai ne visada yra patikimi ir daugeliu atvejų reikalauja didelių įmonės išteklių funkcionalumui palaikyti.
