Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с датчиков )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья про инженерное устройство. Для одноименной концепции в информатике см. Конечный преобразователь .

Преобразователь представляет собой устройство , которое преобразует энергию из одной формы в другую. Обычно преобразователь преобразует сигнал одной формы энергии в сигнал другой. [1]

Преобразователи часто используются в системах автоматизации , измерения и управления , где электрические сигналы преобразуются в другие физические величины (энергия, сила, крутящий момент, свет, движение, положение и т. Д.) И обратно. Процесс преобразования одной формы энергии в другую известен как преобразование. [2]

Типы [ править ]

Механический преобразователь

Преобразователи, преобразующие физические величины в механические, известны как механические преобразователи; Преобразователи, преобразующие физические величины в электрические, известны как электрические преобразователи. Примерами являются термопара, которая изменяет разность температур до небольшого напряжения, или линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT), используемый для измерения смещения.

Датчики и исполнительные механизмы [ править ]

Преобразователи можно разделить на категории по тому, какое направление проходит через них:

  • Датчик представляет собой датчик , который получает и реагирует на сигнал или стимул от физической системы. [3] [4] [2] Он производит сигнал , который представляет информацию о системе, которая используется некоторыми типами телеметрии, информации или системы управления .
  • Привод представляет собой устройство , которое отвечает за перемещение или контролировать механизм или систему. Управляется сигналом от системы управления или ручным управлением. Он приводится в действие источником энергии, которым может быть механическая сила, электрический ток, давление гидравлической жидкости или пневматическое давление, и преобразует эту энергию в движение. Привод - это механизм, с помощью которого система управления воздействует на окружающую среду. Система управления может быть простой (фиксированная механическая или электронная система), программной (например, драйвер принтера, система управления роботом ), вводимой человеком или любым другим. [2]
  • Двунаправленные преобразователи преобразуют физические явления в электрические сигналы, а также преобразуют электрические сигналы в физические явления. Примером по своей сути двунаправленного преобразователя является антенна , которая может преобразовывать радиоволны ( электромагнитные волны ) в электрический сигнал для обработки радиоприемником или преобразовывать электрический сигнал от передатчика в радиоволны. Другой пример - звуковые катушки , которые используются в громкоговорителях для преобразования электрического звукового сигнала в звук и в динамических микрофонах для преобразования звуковых волн в звуковой сигнал.[2]

Активные и пассивные датчики [ править ]

  • Для работы активных датчиков требуется внешний источник питания, который называется сигналом возбуждения. Сигнал модулируется датчиком для получения выходного сигнала. Например, термистор не генерирует никакого электрического сигнала, но, пропуская через него электрический ток, его сопротивление можно измерить, обнаружив изменения тока или напряжения на термисторе. [5] [2]
  • пассивные датчики, напротив, генерируют электрический ток в ответ на внешний стимул, который служит выходным сигналом без необходимости в дополнительном источнике энергии. Такими примерами являются фотодиод , пьезоэлектрический датчик, термопара . [6]

Характеристики [ править ]

Некоторые спецификации, которые используются для датчиков скорости

  • Динамический диапазон : это соотношение между сигналом наибольшей амплитуды и сигналом наименьшей амплитуды, который преобразователь может эффективно преобразовать. [2] Преобразователи с большим динамическим диапазоном более «чувствительны» и точны.
  • Повторяемость : это способность преобразователя выдавать идентичный выходной сигнал при стимуляции одним и тем же входом.
  • Шум : все преобразователи добавляют к своему выходу некоторый случайный шум . В электрических преобразователях это может быть электрический шум из-за теплового движения зарядов в цепях. Шум искажает маленькие сигналы больше, чем большие.
  • Гистерезис : это свойство, при котором выходной сигнал преобразователя зависит не только от его текущего входа, но и от его прошлого входа. Например, привод, в котором используется зубчатая передача, может иметь некоторый люфт , что означает, что если направление движения привода меняется на противоположное, будет мертвая зона до того, как выход привода изменится на противоположный, вызванный зазором между зубьями шестерни.

Приложения [ править ]

Преобразователи используются в системах электронной связи для преобразования сигналов различных физических форм в электронные сигналы и наоборот . В этом примере первым преобразователем может быть микрофон , а вторым преобразователем может быть динамик .
  • Электромагнитный:
    • Антенны - преобразуют распространяющиеся электромагнитные волны в проводимые электрические сигналы и обратно.
    • магнитные картриджи - преобразуют относительное физическое движение в электрические сигналы и обратно
    • Ленточная головка , дисковые головки чтения и записи - преобразует магнитные поля на магнитном носителе в электрические сигналы и обратно
    • Датчики на эффекте Холла - преобразуют уровень магнитного поля в электрический сигнал
    • Звукосниматель (музыкальная технология) - движение металлических струн вызывает электрический сигнал (переменное напряжение).
  • Электрохимический:
    • датчики pH
    • Электро-гальванические датчики кислорода
    • Датчики водорода
  • Электромеханические (электромеханические выходные устройства обычно называются исполнительными механизмами ):
    • Акселерометры
    • Датчики расхода воздуха
    • Электроактивные полимеры
    • Роторные двигатели , линейные двигатели
    • Гальванометры
    • Линейно-регулируемые дифференциальные трансформаторы или поворотно- регулируемые дифференциальные трансформаторы
    • Тензодатчики - преобразуют силу в электрический сигнал мВ / В с помощью тензодатчиков
    • Микроэлектромеханические системы
    • Потенциометры (когда используются для измерения положения)
    • Датчики давления
    • Струнные потенциометры
    • Тактильные датчики
    • Генераторы с вибрационным приводом
    • Гироскопы с вибрирующей структурой
  • Электроакустический:
    • Громкоговорители , наушники - преобразует электрические сигналы в звук ( усиленный сигнал → магнитное поле → движение → давление воздуха)
    • Микрофоны - преобразуют звук в электрический сигнал (давление воздуха → движение проводника / катушки → магнитное поле → электрический сигнал) [2]
    • Тактильные преобразователи - преобразуют электрический сигнал в вибрацию (электрический сигнал → вибрация)
    • Пьезоэлектрические кристаллы - преобразует деформации твердотельных кристаллов (колебания) в электрические сигналы и обратно.
    • Геофоны - преобразует движение земли (смещение) в напряжение (колебания → движение проводника / катушки → магнитное поле → сигнал).
    • Звукосниматели граммофона - (давление воздуха → движение → магнитное поле → электрический сигнал)
    • Гидрофоны - преобразуют изменения давления воды в электрический сигнал.
    • Транспондеры сонара (давление воды → движение проводника / катушки → магнитное поле → электрический сигнал)
    • Ультразвуковые приемопередатчики , передающие ультразвук (преобразованный из электричества), а также принимающие его после отражения звука от целевых объектов, что позволяет визуализировать эти объекты.
  • Электрооптический ( фотоэлектрический ):
    • Люминесцентные лампы - преобразуют электрическую энергию в некогерентный свет.
    • Лампы накаливания - преобразуют электрическую энергию в некогерентный свет.
    • Светодиоды - преобразуют электрическую энергию в некогерентный свет.
    • Лазерные диоды - преобразуют электрическую энергию в когерентный свет
    • Фотодиоды , фоторезисторы , фототранзисторы , фотоумножители - преобразует изменяющиеся уровни света в электрические сигналы.
    • Фотоприемник или фоторезистор или светло - зависимый резистор (LDR) - преобразует изменения уровня освещенности в изменения электрического сопротивления
    • Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) - преобразуют электрические сигналы в визуальные.
  • Электростатический:
    • Электрометры
  • Термоэлектрический:
    • Датчики температуры сопротивления (RTD) - преобразуют температуру в сигнал электрического сопротивления
    • Термопары - преобразуют относительные температуры металлических переходов в электрическое напряжение.
    • Термисторы (включая резистор PTC и резистор NTC)
  • Радиоакустика:
    • Трубки Гейгера-Мюллера - преобразуют падающее ионизирующее излучение в электрический импульсный сигнал
    • Радиоприемники преобразуют электромагнитные передачи в электрические сигналы.
    • Радиопередатчики преобразуют электрические сигналы в электромагнитные передачи.

См. Также [ править ]

  • Рупорный анализатор
  • Список датчиков
  • Тактильный датчик

Ссылки [ править ]

  1. ^ Агарвал, Анант. Основы аналоговых и цифровых электронных схем. Кафедра электротехники и компьютерных наук, Массачусетский технологический институт, 2005 г., стр. 43 год
  2. ^ Б с д е е г Winer, Этан (2013). «Часть 3». Аудио эксперт . Нью-Йорк и Лондон: Focal Press. ISBN 978-0-240-82100-9.
  3. ^ Fraden J. (2016). Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и приложения 5-е изд. Springer. стр.1
  4. Перейти ↑ Kalantar-zadeh, K. (2013). Датчики: вводный курс, 2013-е издание. Springer. стр.1
  5. ^ Fraden J. (2016). Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и приложения 5-е изд. Springer. стр.7
  6. ^ Fraden J. (2016). Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и приложения 5-е изд. Springer. стр.7

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с преобразователями, на Викискладе?
  • Введение в преобразователи тока на эффекте Холла с замкнутым контуром
  • Федеральный стандарт 1037C, 7 августа 1996 г .: преобразователь.
  • Звуковой преобразователь с плоской гибкой диафрагмой, работающий с изгибными волнами.