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 на границах систем 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 называется трансдукцией. [2]
Типы
Механический преобразователь
Механические преобразователи преобразуют физические величины в механические выходные сигналы и наоборот;
Электрические преобразователи преобразуют физические величины в электрические выходы или сигналы. Примерами являются:
термопара , преобразующая разницу температур в небольшое напряжение;
Датчики, исполнительные механизмы и приемопередатчики
Преобразователи можно классифицировать по направлению прохождения через них информации:
Датчик — это преобразователь, который получает и реагирует на сигнал или стимул от физической системы. [3] [4] [2] Он вырабатывает сигнал , представляющий 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. Он управляется сигналом от 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 (фиксированная механическая или электрическая система), программной (например, драйвер принтера, система управления роботом ), человеческой или любой другой. [2]
Двунаправленные преобразователи могут преобразовывать физические явления в электрические сигналы и электрические сигналы в физические явления. Примером изначально двунаправленного преобразователя является антенна , которая может преобразовывать радиоволны ( электромагнитные волны ) в электрический сигнал для обработки радиоприемником или преобразовывать электрический сигнал от передатчика в радиоволны. Другим примером является звуковая катушка , которая используется в громкоговорителях для преобразования электрического аудиосигнала в звук , а в динамических микрофонах — для преобразования звуковых волн в аудиосигнал. [2]
Трансиверы интегрируют одновременную двунаправленную функциональность. Наиболее распространенным примером, вероятно, являются радиотрансиверы ( называемые транспондерами в самолетах), используемые практически в каждой форме беспроводной (теле-)коммуникации и сетевых подключений устройств. Другим примером являются ультразвуковые трансиверы , которые используются, например, в медицинских ультразвуковых (эхо)сканированиях.
Активные и пассивные преобразователи
Пассивные преобразователи требуют внешнего источника питания для работы, 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 в дополнительном источнике энергии. Такими примерами являются фотодиод , пьезоэлектрический датчик , фотоэлектрический, термопара . [5]
Характеристики
Некоторые характеристики, используемые для оценки преобразователей:
Динамический диапазон : это соотношение между сигналом с наибольшей амплитудой и сигналом с наименьшей амплитудой, которые 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 входным сигналом.
Шум : Все преобразователи добавляют случайный шум к своему выходу. В электрических преобразователях это может быть электрический шум из-за теплового движения зарядов в цепях. Шум искажает слабые сигналы больше, чем сильные.
Гистерезис : Это свойство, при котором выход преобразователя зависит не только от его текущего входа, но и от его прошлого входа. Например, привод, который использует зубчатую передачу , может иметь некоторый люфт , что означает, что если направление движения привода изменится на противоположное, то будет мертвая зона, прежде чем выход привода изменится на противоположное, вызванная люфтом между зубьями шестерни.
Приложения
Преобразователи используются в электронных системах связи для преобразования сигналов различных физических форм в электронные сигналы и наоборот . В этом примере первым преобразователем может быть микрофон , а вторым — динамик .
Электромагнитный
Антенны – преобразуют распространяющиеся электромагнитные волны в проводимые электрические сигналы и обратно.
Магнитные картриджи – преобразуют относительное физическое движение в электрические сигналы и обратно.
Электромеханический вход питает счетчики и датчики, в то время как электромеханические выходные устройства обычно называются исполнительными механизмами ):
Фотодетектор или фоторезистор или светочувствительный резистор (LDR) – преобразует изменения уровня освещенности в изменения электрического сопротивления.
.jpg/1280px-Mechanical_transducer._-_DPLA_-_cfb11a91bbe9ab7384f897fb55faf74c_(page_4).jpg){kind=spacer}
