Teollisuudessa ja jokapäiväisessä elämässä erityyppisten signaalimuuntimien käyttö on yleistä. Nämä laitteet voidaan esittää laajimmassa valikoimassa muunnelmia, jotka on mukautettu ratkaisemaan talouden eri osa-alueiden ongelmia. Millaisia signaalimuuntimia voidaan katsoa yleisimmiksi? Mitä ominaisuuksia niiden toiminnassa voisi olla?
Mikä on signaalimuuntimien tarkoitus?
Signaalimuuntimet ovat laitteita, jotka voidaan todella esittää laajimmassa valikoimassa ratkaisuja. Tämä termi on itse asiassa kollektiivinen, ja se voi tarkoittaa laitteita, joita käytetään talouden eri osa-alueilla ja luokitellaan täysin eri kriteerien mukaan. Tärkeimmät signaalityypit, jotka kyseiset laitteet voivat muuntaa, ovat:
- sähkö;
- ääni;
- lämpötila;
- teknologinen luonne.
Riippuen tehtävistä, joita signaalimuuntimen käyttäjä kohtaa, vastaavan laitteen rakenne voi yhdistää moduuleja, jotka käsittelevät useita erityyppisiä tietoja. Muunnos voidaan siksi suorittaa yhden signaalityypin puitteissa (esimerkiksi taajuudesta toiselle) tai mekanismi, joka sisältää muunnoksen eri signaaliluokkien välillä. Esimerkiksi sähköstä ääneen.
Yleisimmät laitteet sisältävät analogisten signaalien muuntimen digitaaliseksi (ja päinvastoin, jos laitteen sisäisten moduulien rakenne sen mahdollistaa). Harkitse hänen työnsä piirteitä.
A/D-muunnin
Kyseessä oleva laite on suunniteltu muuntamaan mikä tahansa analoginen signaali - esimerkiksi jännitteen osoittimien edustama - digitaaliseen muotoon (mahdollistaa esimerkiksi vastaavan signaalin kirjoittamisen tiedostoon).
Yksi tärkeimmistä tarkasteltavan laitteen tehokkuuden kriteereistä on lähtötietokapasiteetti. Sen arvo määrittää signaali-kohinasuhteen.
Toinen merkittävä parametri, joka luonnehtii tällaisen laitteen toiminnan laatua analogisena muuntimena, on lähtösignaalin muodostumisnopeus. Niiden laitteiden joukossa, jotka tarjoavat sen optimaalisen suorituskyvyn, ovat ne, jotka ovat rinnakkaistyyppisiä. Ne muodostavat suuria signaalivirtoja käyttämällä tarvittavaa määrää nastoja. Tämä laitteen toiminnan ominaisuus määrää monissa tapauksissa enn alta vastaavien muuntimien vapauttamisen, joille on tunnusomaista suuret mitat. Lisäksi analogisilla signaalimuuntimilla voi olla melko korkea virrankulutus. Kuitenkin, kun otetaan huomioon tehokkuusnäiden laitteiden toiminnassa, niiden havaittuja ominaisuuksia ei usein pidetä puutteina.
Signaalien muuntaminen analogisista rinnakkaisista laitteista digitaalisiin on erittäin nopeaa. Jotta vastaavan tyyppisille laitteille saadaan vielä suurempi nopeus, voit yhdistää useita laitteita, jotta ne voivat käsitellä signaalivirtoja vuorotellen.
Vaihtoehto rinnakkaisratkaisuille voivat olla sarjatyyppiset signaalimuuntimet. Ne ovat yleensä vähemmän tuottavia, mutta energiatehokkaampia. Niiden käyttöä voidaan ehdollistaa tapauksissa, joissa on kysymys signaalien siirtämisen varmistamisesta pienikapasiteettisessa infrastruktuurissa tai jos sarjalaitteiden tarjoamaa suurempaa muunnosnopeutta ei vaadita.
Voidaan huomata, että on olemassa sekatyyppisiä laitteita, jotka yhdistävät sarja- ja rinnakkaismuuntimien toiminnot. Monissa tapauksissa ne ovat paras ratkaisu kustannus- ja suorituskykykriteerien täyttämisessä.
Huomasimme edellä, että analogia-digitaalimuuntimet voivat sisältää moduuleja, jotka muuntavat digitaaliset signaalit analogisiksi. Vastaavan tyyppisiä laitteita on myös erillinen luokka. Tutkitaan niiden ominaisuuksia.
Digitaali-analogiamuuntimet
Jos käyttäjällä on esimerkiksi televisio analogista signaalia varten, niin hänentoiminta on mahdollista, kun sopiva antenni on kytketty. Tai alkuperäiset signaalit muutetaan analogisiksi, jotka tämä TV tunnistaa. Niiden lähde voi puolestaan olla digitaalinen antenni. Tai vaihtoehtoisesti Internetin kautta vastaanotettu signaali.
Kyseinen laite siis muuntaa digitaalisen koodin sisältävän signaalin virraksi, jännitteeksi tai varaukseksi, joka siirretään analogisille moduuleille käsittelyä varten. Tämän muunnoksen erityiset mekanismit riippuvat lähtötietojen tyypistä. Esimerkiksi, jos puhumme äänestä, niin tulossa se esitetään yleensä pulssikoodimodulaatiossa. Jos lähdetiedosto on pakattu, signaalien muuntamiseen voidaan käyttää erityisiä ohjelmistokoodekkeja. Digitaalinen antenni puolestaan yleensä lähettää signaalin prosessoitavaksi laitteistomenetelmin.
Laitteita, jotka sisältävät kyseessä olevat muuntimet, voidaan täydentää moduuleilla eri tarkoituksiin. Esimerkiksi televisiolähetystä toistettaessa voidaan käyttää videosignaalin vahvistinta muuntimen käyttämien moduulien lisäksi. Monissa tapauksissa se on tarpeen korkean kuvanlaadun varmistamiseksi muunnettaessa analogista signaalia digitaaliseksi. Videosignaalin vahvistinta käytetään myös, jos sinun on siirrettävä kuvia huomattavan matkan päähän.
Televisio ei ole kyseisten laitteiden ainoa aktiivisen sovelluksen alue. Vastaavat muuntimet sisältyvät esimerkiksi CD-soittimiin,joka myös muuntaa digitaalisen signaalin analogiseksi.
Ultraäänianturit
Seuraava yleinen laiteluokka on ultraäänianturi. Voidaan huomata, että sitä voidaan edustaa laitteilla, joilla on laajin sovellusvalikoima sekä toimintaperiaatteet. Ultraääniantureiden yleisimpien lajikkeiden joukossa on upotettava yksikkö, joka on suunniteltu siirtämään ultraääntä tietyllä taajuudella veteen tai muuhun nestemäiseen väliaineeseen. Tätä laitetta voidaan käyttää esimerkiksi erilaisten esineiden puhdistamiseen epäpuhtauksista - osana ultraäänipuhdistukseen käytettyjä kylpyjä.
Tarkittujen laitteiden käyttöalueita on muitakin. Ultraäänianturia voidaan käyttää tiettyjen rakenteiden, liitäntöjen eheyden ohjaamiseen, tiettyjen esineiden vaurioiden tarkistamiseen.
Lineaari- ja pulssimuuntimet
Muuntimien käytön ominaisuudet huomioon ottaen on hyödyllistä kiinnittää huomiota luokitukseen, jonka mukaan ne jaetaan lineaarisiin ja pulssiin. Itse asiassa nämä kriteerit heijastavat kahta tärkeintä periaatetta muuntimien toiminnalle.
Lineaariset voivat työskennellä analogisen piirin periaatteella, jossa muunnetut signaalit muodostuvat tasaisesti. Pulssimuunnin olettaa signaalien aktiivisemman esityksen sekä lähdössä että niiden sisäisen käsittelyn aikana. Kuitenkin siinä tapauksessa, jostämä toimenpide suoritetaan vain signaalinkäsittelyn sisäisessä vaiheessa, vastaava laite voi tuottaa käytännössä samat indikaattorit kuin tapauksessa, jossa käytetään lineaarimuunninta. Siten lineaarisen tai pulssikäsittelyn käsitettä voidaan tarkastella vain vastaavan tyyppisen laitteen tärkeimpien laitteistokomponenttien toimintaperiaatteen yhteydessä.
Pulssimuuntimia käytetään pääasiassa tapauksissa, joissa käytetyn infrastruktuurin odotetaan käsittelevän suuritehoisia signaaleja. Tämä johtuu siitä, että vastaavien laitteiden hyötysuhde on tällaisissa tapauksissa paljon korkeampi kuin silloin, kun niitä käytetään käsittelemään pienempitehoisia signaaleja. Toinen tekijä näiden ratkaisujen valinnassa on muuntaja- tai kondensaattorilaitteiden käyttö osana infrastruktuuria, joiden kanssa pulssimuuntimet ovat optimaalisesti yhteensopivia.
Lineaarimuunnin puolestaan on laite, jota käytetään infrastruktuurin puitteissa, jossa suoritetaan pienitehoista signaalinkäsittelyä. Tai jos on tarvetta vähentää muuntimen toiminnasta aiheutuvaa melua. On syytä huomata, että tarkasteltavien ratkaisujen tehokkuus suuritehoisessa infrastruktuurissa ei ole kaikkein merkittävin, joten nämä laitteet lähettävät useimmiten enemmän lämpöä kuin pulssimuuntimet. Lisäksi niiden paino ja mitat ovat myös huomattavasti suuremmat.
Mutta, tavalla tai toisella, käytännössä pulssiperiaatteen mukainen muuntimen toiminta voi sisältääsen siirtofunktion muodostuminen lineaarisessa muodossa. Siksi ennen asianmukaisten signaalinkäsittelylaitteiden käyttöönottoa infrastruktuuriin, niiden sisäinen rakenne on otettava huomioon käytetyssä signaalinkäsittelyjärjestelmässä.
Mittausanturit
Toinen yleinen ratkaisuluokka ovat muuntimet. Mitkä ovat niiden ominaisuudet? Mittausanturi on laite, jota voidaan myös esittää useilla eri muodoilla. Näitä laitteita yhdistää niiden kyky sekä mitata että muuntaa tiettyjä suureita.
On tavallista tarkastella vastaavantyyppisten mittalaitteiden toimintakaaviota, jossa signaalia käsitellään useassa vaiheessa. Ensin muunnin vastaanottaa sen, sitten muuntaa sen arvoksi, joka voidaan mitata, ja muuntaa sen sitten hyödylliseksi energiaksi. Jos esimerkiksi käytetään analogista mittausvirtamuunninta, sähköenergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi.
Tietenkin erityisiä mekanismeja sopivien ratkaisujen soveltamiseksi voidaan esittää erittäin laajasti. Mittausmuunnosten käyttö tieteellisiin tarkoituksiin osana kokeiden ja tutkimuksen infrastruktuuria on yleistä. Useimpia mittausantureita yhdistää niiden sopeutumiskyky ennen kaikkea normalisoitujen ominaisuuksien käyttöön signaalin käsittelyssä tai muuntamisessa. VoiHuomaa, että nämä tiedot eivät välttämättä aina ole tarkoitettu invertterin loppukäyttäjälle. Niiden aktivointi tapahtuu monissa tapauksissa piilotilassa. Henkilö saa sopivia signaalimuuntimia käyttäen lähdöstä vain tarvittavan signaalin, joka on sovitettu käytettäväksi eri tarkoituksiin.
Näitä ratkaisuja ei siis pääsääntöisesti käytetä itsenäisinä infrastruktuurityypeinä. Ne ovat osa monimutkaisempia laitteita - esimerkiksi tuotannon mittausautomaatiojärjestelmiä. Mittausanturit luokitellaan useimmiten kahteen pääryhmään - ensisijaiseen ja välimuotoon. On hyödyllistä ottaa huomioon molempien erityispiirteet.
Mittausmuuntimien luokitus: primääri- ja väliratkaisut
Antureina käytetään pääsääntöisesti luokkaan ensisijaisia laitteita. Eli ne ovat muuntajia, joihin yksi tai toinen mitattu arvo vaikuttaa suoraan. Loput laitteet luokitellaan välitasoiksi. Ne sijoitetaan mittausinfrastruktuuriin heti ensimmäisten jälkeen ja voivat olla vastuussa suuresta määrästä muuntamiseen liittyviä operaatioita. Mitä toimintoja vastaavan tyyppinen signaalitason muuntaja voi suorittaa? Näitä kutsutaan yleisesti nimellä:
- fyysisten indikaattoreiden mittaus eri suureille;
- erilaisia mittakaavamuunnoksia;
- digitaalisten signaalien muuntaminen analogiseksi ja päinvastoin;
- toiminnalliset muunnokset.
Huomaa, että samanlainenluokittelua voidaan pitää ehdollisena. Tämä johtuu ensisijaisesti siitä, että samassa mittauslaitteessa voi olla useita ensiöantureita. Toinen syy pitää yllä käsiteltyä luokittelua ehdollisena on se, että erityyppisissä infrastruktuureissa mittaukset voidaan tehdä erilaisten periaatteiden mukaan.
Vahvistinputket
Toinen useilla talouden aloilla suosittu laite on kuvanvahvistinputki. Se, kuten muutkin edellä käsitellyt laitteet, voidaan esittää monenlaisissa malleissa. Elektroni-optisia muuntimia yhdistää yhteinen toimintaperiaate: se käsittää näkymättömän kohteen - esimerkiksi infrapuna-, ultravioletti- tai esimerkiksi röntgensäteilyn valaiseman - muuntamisen näkyväksi spektriksi.
Tässä tapauksessa vastaava toimenpide suoritetaan pääsääntöisesti kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa valokatodi vastaanottaa näkymätöntä säteilyä, jonka jälkeen se muunnetaan elektronisiksi signaaleiksi. Jotka muunnetaan jo toisessa vaiheessa näkyväksi kuvaksi ja näytetään näytöllä. Jos se on tietokoneen näyttö, signaali voidaan esimuuntaa digitaaliseksi koodiksi.
Intensifier putket ovat ratkaisuja, jotka on perinteisesti luokiteltu useisiin sukupolviin. Ensimmäiseen liittyviin laitteisiin kuuluu lasityhjiöpullo. Se sisältää valokatodin ja anodin. Niiden välille muodostuu potentiaaliero. HakiessaanSen sisällä oleva optimaalinen jännitteenmuunnin muodostaa elektronisen linssin, joka pystyy kohdistamaan elektronivirtaukset.
Toisen sukupolven muuntimissa on elektronikiihdytysmoduulit, mikä parantaa kuvan kirkkautta. Kolmannen sukupolven laitteissa käytetään materiaaleja, jotka mahdollistavat valokatodin herkkyyden lisäämisen elektroni-optisen muuntimen avainkomponenttina yli 3 kertaa.
Resistiivisten muuntimien ominaisuudet
Toinen yleinen laitetyyppi on resistiiviset muuntimet. Harkitse niiden ominaisuuksia tarkemmin.
Nämä muuntimet on sovitettu muuttamaan omaa sähkövastustaan yhden tai toisen mitatun suuren vaikutuksesta. Ne voivat myös korjata kulma- ja lineaariliikettä. Useimmiten nämä muuntimet sisältyvät automaatiojärjestelmiin, joissa on paine-, lämpötila-, valaistustason anturit ja erityyppisten säteilyn voimakkuuden mittaaminen. Resistiivisten muuntimien tärkeimmät edut:
- luotettavuus;
- ei yhteyttä mittaustarkkuuden ja syöttöjännitteen stabiilisuuden välillä.
On olemassa suuri määrä erilaisia vastaavia laitteita. Suosituimpia ovat lämpötila-anturit. Tutkitaan niiden ominaisuuksia.
Resistiiviset lämpötila-anturit
Näissä signaalimuuntimissa on komponentteja, jotka ovat herkkiä ympäristön lämpötilan muutoksille. Jos se nousee, niiden vastus voi kasvaa. Näille laitteille on ominaista ensisijaisesti erittäin korkea tarkkuus. Joissakin tapauksissa ne mahdollistavat lämpötilan muuttamisen noin 0,026 celsiusasteen tarkkuudella. Nämä laitteet sisältävät elementtejä, jotka on valmistettu platinasta - tässä tapauksessa vastuskerroin on pienempi tai kupari.
Resistiivisten antureiden käytölle on ominaista useita vivahteita. Joten on otettava huomioon, että anturiin syötettävän viritysvirran korkeammat arvot lisäävät sen lämpötilaherkkyyttä, mutta samalla lämmittävät vastaavan muuntimen elementit. Tämä aiheuttaa monissa tapauksissa sen tarkkuuden heikkenemisen. Siksi on suositeltavaa varmistaa optimaalinen viritysvirran suorituskyky ottaen huomioon tietyt mittausolosuhteet. Laskenta voi ottaa esimerkiksi sen väliaineen lämmönjohtavuuden, jossa anturia käytetään - ilman tai veden. Yleensä viritysvirtojen suositellut indikaattorit asettavat vastaavan tyyppisten antureiden valmistajat. Ne voivat kuitenkin vaihdella huomattavasti laitteiden suunnittelussa käytetyistä metalleista riippuen. Lisäksi kyseisiä antureita käytettäessä on tarpeen ottaa huomioon tällainen indikaattori käyttövirran raja-arvona. Yleensä sen määrittää myös valmistaja.
Resistiiviset anturit ovat kotitalouden yleisimpiä anturityyppejä. Tämä johtuu suurelta osin monien niiden lajikkeiden merkittävistä teknologisista eduista. Esimerkiksi jospuhu termistoreista - niille on ominaista korkea herkkyys, tiiviys, pieni paino. Sopivan tyyppisiä antureita voidaan käyttää ilman lämpötilan mittaamiseen erilaisissa olosuhteissa. Niiden tuotanto ei useimmiten aiheuta merkittäviä kustannuksia. Totta, termistoreilla on myös haittoja - ensinnäkin tämä on korkea epälineaarisuuden aste, minkä seurauksena niitä voidaan käyttää käytännössä melko kapeilla lämpötila-alueilla.
Vastaavia signaalimuuntimia (niiden tyypit ja käyttötarkoitus voidaan määrittää erilaisten luokituskriteerien perusteella) käytetään laajasti jokapäiväisessä elämässä. Esimerkiksi platina- ja kuparielementtejä sisältävien lämpötila-anturien koostumus on yleistä:
- lämmitysinfrastruktuuri - jäähdytysnesteen lämpötilan mittaamiseksi tietyissä laitteiston osissa sekä lämmitetyssä huoneessa;
- pesukoneet - veden lämpötilan mittaamiseen ja sen säätämiseen erilaisiin pesuohjelmiin;
- silitysraudat - samoin optimaalisen silityslämpötilan varmistamiseksi tietyssä toimintatilassa;
- sähköliesi, sekä muun tyyppiset laitteet ruoanlaittoon - myös niiden toiminnan varmistamiseksi tiettyjen käyttötilojen ollessa aktivoituna.
Reostaattimuuntimet
Toinen suosittu resistiivisten laitteiden tyyppi ovat reostaattimuuntimet. Niiden toimintaperiaate perustuu sähkövastuksen mittaukseenyhden tai toisen johtimen tulosiirron vaikutuksesta. Käytännössä tämä anturi sisältää elementtejä, jotka on sovitettu liikkumaan mitatun arvon vaikutuksesta. Useimmiten kyseiset laitteet sisältyvät jännitteenjakajiin tai niitä käytetään mittasiltojen kiinteänä osana.
Jos puhumme reostaattimuuntimille ominaisista eduista, niitä ovat:
- ei reaktiivista vaikutusta liikkuviin osiin;
- korkea hyötysuhde;
- pienet mitat, kyky käyttää infrastruktuurissa, joka toimii sekä tasa- että vaihtovirralla.
Samaan aikaan vastaavan tyyppiset resistiiviset muuntimet eivät aina ole luotettavia ja vaativat monissa tapauksissa huomattavia resursseja yritykseltä toimivuuden ylläpitämiseen.
