Устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую
Преобразователь — это устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую. Обычно преобразователь преобразует сигнал в одной форме энергии в сигнал в другой. [1]
Преобразователи часто используются в системах автоматизации , измерения и управления , где электрические сигналы преобразуются в другие физические величины (энергию, силу, крутящий момент, свет, движение, положение и т. д.) и обратно. Процесс преобразования одной формы энергии в другую известен как трансдукция. [2]
Типы
Механический преобразователь
Механические преобразователи , названные так потому, что они преобразуют физические величины в механические выходные данные или наоборот;
Однако электрические преобразователи преобразуют физические величины в электрические выходные данные или сигналы. Примеры:
термопара , преобразующая разницу температур в небольшое напряжение;
Преобразователи можно разделить на категории по направлению, в котором информация проходит через них:
Датчик — это преобразователь, который получает сигнал или стимул от физической системы и реагирует на него . [3] [4] [2] Он генерирует сигнал , который представляет информацию о системе, которая используется некоторым типом телеметрической, информационной или управляющей системы .
Исполнительный механизм — это устройство, которое отвечает за перемещение или управление механизмом или системой. Управляется по сигналу системы управления или ручного управления. 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. Исполнительный механизм — это механизм, с помощью которого система управления воздействует на окружающую среду. Система управления может быть простой (стационарная механическая или электрическая система), программной (например, драйвер принтера, система управления роботом ), человеком или любым другим вводом. [2]
Двунаправленные преобразователи могут преобразовывать физические явления в электрические сигналы, а электрические сигналы — в физические явления. Примером двунаправленного преобразователя является антенна , которая может преобразовывать радиоволны ( электромагнитные волны ) в электрический сигнал для обработки радиоприемником или переводить электрический сигнал от передатчика в радиоволны. Другим примером являются звуковые катушки , которые используются в громкоговорителях для преобразования электрического аудиосигнала в звук и в динамических микрофонах для преобразования звуковых волн в аудиосигнал. [2]
Трансиверы обладают функцией одновременной двунаправленной связи. Наиболее распространенным примером, вероятно, являются радиоприемопередатчики ( в самолетах называемые транспондерами), используемые практически во всех формах беспроводной (теле)связи и соединениях сетевых устройств. Другим примером являются ультразвуковые приемопередатчики , которые используются, например, при медицинском ультразвуковом (эхо) сканировании.
Активные и пассивные преобразователи
Для работы пассивных преобразователей 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]
Активные преобразователи, напротив, генерируют электрический ток в ответ на внешний стимул, который служит выходным сигналом без необходимости использования дополнительного источника энергии. Такими примерами являются фотодиод , пьезоэлектрический датчик , фотоэлектрический датчик, термопара . [5]
Характеристики
Некоторые характеристики, которые используются для оценки датчиков:
Динамический диапазон : это соотношение между сигналом наибольшей амплитуды и сигналом наименьшей амплитуды, который преобразователь может эффективно преобразовать. [2] Датчики с большим динамическим диапазоном более «чувствительны» и точны.
Повторяемость : это способность преобразователя выдавать идентичный выходной сигнал при стимулировании одним и тем же входным сигналом.
Шум : Все преобразователи добавляют к своему выходному сигналу некоторый случайный шум . В электрических преобразователях это может быть электрический шум , возникающий из-за теплового движения зарядов в цепях. Шум искажает небольшие сигналы сильнее, чем большие.
Гистерезис : это свойство, при котором выходной сигнал преобразователя зависит не только от его текущего входного сигнала, но и от его предыдущего входного сигнала. Например, привод, в котором используется зубчатая передача, может иметь некоторый люфт , а это означает, что если направление движения привода изменится на противоположное, перед реверсом выходного сигнала привода возникнет мертвая зона, вызванная люфтом между зубьями шестерни.
Приложения
Преобразователи используются в системах электронной связи для преобразования сигналов различной физической формы в электронные сигналы и наоборот . В этом примере первый преобразователь может быть микрофоном , а второй преобразователем — динамиком .
Электромагнитный
Антенны - преобразуют распространяющиеся электромагнитные волны в проводимые электрические сигналы и обратно.
магнитные картриджи – преобразуют относительное физическое движение в электрические сигналы и обратно.
.jpg/1280px-Mechanical_transducer._-_DPLA_-_cfb11a91bbe9ab7384f897fb55faf74c_(page_4).jpg){kind=spacer}
