Rūpniecībā un ikdienā bieži tiek izmantoti dažāda veida signālu pārveidotāji. Šīs ierīces var piedāvāt visplašākajā modifikāciju klāstā, kas pielāgotas dažādu ekonomikas jomu problēmu risināšanai. Kādus signālu pārveidotāju veidus var attiecināt uz visizplatītākajiem? Kādas varētu būt to darbības iezīmes?
Kāds ir signāla pārveidotāju mērķis?
Signālu pārveidotāji ir ierīces, kuras patiešām var piedāvāt visplašākajā risinājumu klāstā. Šis termins patiesībā ir kolektīvs un var attiekties uz iekārtām, ko izmanto dažādos ekonomikas segmentos un klasificē pēc pilnīgi atšķirīgiem kritērijiem. Galvenie signālu veidi, ko attiecīgās ierīces var pārveidot, ir:
- elektrisks;
- skaņa;
- temperatūra;
- tehnoloģisks raksturs.
Atkarībā no uzdevumiem, ar kuriem saskaras signāla pārveidotāja lietotājs, attiecīgās ierīces struktūrā var apvienot moduļus, kas apstrādā vairākus dažādu veidu datus. Tāpēc konvertēšanu var veikt viena veida signāla ietvaros (piemēram, no vienas frekvences uz citu) vai arī tā var būt mehānisms, kas ietver pārveidošanu starp dažādām signālu kategorijām. Piemēram, no elektriskā līdz skaņai.
Visizplatītākās ierīces ietver analogo signālu pārveidotāju ciparu formātā (un otrādi, ja to paredz ierīces iekšējo moduļu struktūra). Apsveriet viņa darba iezīmes.
A/D pārveidotājs
Attiecīgā ierīce ir paredzēta, lai pārveidotu jebkuru analogo signālu, piemēram, ar sprieguma indikatoriem, digitālā formā (ļaujot, piemēram, ierakstīt atbilstošo signālu failā).
Viens no galvenajiem apskatāmās ierīces efektivitātes kritērijiem ir izejas datu ietilpība. Tās vērtība nosaka signāla un trokšņa attiecību.
Vēl viens būtisks parametrs, kas raksturo šādas ierīces kā analogā pārveidotāja darbības kvalitāti, ir izejas signāla veidošanās ātrums. Starp tām ierīcēm, kas nodrošina optimālu veiktspēju, ir tās, kas ir paralēlā tipa. Tie veido lielas signālu plūsmas, izmantojot nepieciešamo tapu skaitu. Šī ierīces darbības iezīme daudzos gadījumos nosaka atbilstošo pārveidotāju atbrīvošanu, kam raksturīgi lieli izmēri. Turklāt analogo signālu pārveidotājiem var būt diezgan augsts enerģijas patēriņa līmenis. Tomēr, ņemot vērā efektivitātišo ierīču darbībā, to atzīmētās funkcijas bieži netiek uzskatītas par trūkumiem.
Signālu pārveidošana no analogajām ierīcēm uz ciparu paralēlām ierīcēm ir ļoti ātra. Lai nodrošinātu vēl lielāku ātrumu atbilstošā tipa ierīcēm, varat savienot vairākas ierīces, lai tās pēc kārtas varētu apstrādāt signālu straumes.
Alternatīva paralēliem risinājumiem var būt seriālā tipa signālu pārveidotāji. Tie mēdz būt mazāk produktīvi, bet energoefektīvāki. To izmantošana var būt nosacīta gadījumos, kad rodas jautājums par signālu pārraides nodrošināšanu mazjaudas infrastruktūrā vai ja nav nepieciešams augstāks konversijas koeficients nekā seriālo ierīču nodrošinātais.
Var atzīmēt, ka ir jaukta tipa ierīces, kas apvieno seriālo un paralēlo pārveidotāju funkcijas. Daudzos gadījumos tie ir labākais risinājums izmaksu un veiktspējas kritēriju izpildei.
Iepriekš mēs atzīmējām, ka analogo-ciparu pārveidotājos var būt moduļi, kas pārvērš ciparu signālus analogos. Ir arī atsevišķa atbilstošā tipa ierīču kategorija. Izpētīsim to īpašības.
Ciparu-analogo pārveidotāji
Ja lietotājam ir, piemēram, televizors analogajam signālam, tad viņadarbība būs iespējama, kad būs pievienota piemērota antena. Vai arī sākotnējais signāls tiek pārveidots par analogo, ko šis televizors var atpazīt. To avots savukārt var būt digitālā antena. Vai arī signāls, kas saņemts, izmantojot internetu.
Tāpēc attiecīgā ierīce pārveido signālu, kas satur ciparu kodu, strāvā, spriegumā vai lādiņā, kas tiek pārsūtīts uz analogajiem moduļiem apstrādei. Konkrēti šīs transformācijas mehānismi ir atkarīgi no sākotnējo datu veida. Piemēram, ja mēs runājam par skaņu, tad ieejā tā parasti tiek parādīta impulsa koda modulācijā. Ja avota fails ir saspiests, signālu konvertēšanai var izmantot īpašus programmatūras kodekus. Savukārt digitālā antena parasti pārraida signālu apstrādei ar aparatūras metodēm.
Ierīces, kas ietver attiecīgos pārveidotājus, var papildināt ar moduļiem dažādiem mērķiem. Piemēram, nodrošinot televīzijas apraides atskaņošanu, papildus tiem moduļiem, kurus izmanto pārveidotājs, var izmantot video signāla pastiprinātāju. Daudzos gadījumos tas ir nepieciešams, lai nodrošinātu augstu attēla kvalitāti, pārveidojot analogo signālu ciparu formātā. Video signāla pastiprinātājs tiek izmantots arī tad, ja nepieciešams pārsūtīt attēlus no liela attāluma.
Televīzija nav vienīgā attiecīgo ierīču aktīvās pielietojuma joma. Atbilstoši pārveidotāji ir iekļauti, piemēram, CD atskaņotājos,kas arī pārvērš digitālo signālu par analogo.
Ultraskaņas devēji
Nākamā izplatītā ierīču kategorija ir ultraskaņas devējs. Var atzīmēt, ka to var pārstāvēt ierīces, kurām ir visplašākais pielietojuma klāsts, kā arī darbības principi. Viens no izplatītākajiem ultraskaņas devēju veidiem ir zemūdens iekārta, kas paredzēta ultraskaņas pārraidīšanai ar noteiktu frekvenci ūdenī vai citā šķidrā vidē. Šo ierīci var izmantot, piemēram, dažādu priekšmetu attīrīšanai no piesārņotājiem – kā daļu no vannām, ko izmanto ultraskaņas tīrīšanai.
Ir arī citas aplūkoto ierīču pielietojuma jomas. Ultraskaņas devēju var izmantot, lai kontrolētu noteiktu konstrukciju, savienojumu integritāti, pārbaudītu noteiktu objektu bojājumus.
Lineārie un impulsu pārveidotāji
Ņemot vērā pārveidotāju izmantošanas īpatnības, būs lietderīgi pievērst uzmanību klasifikācijai, pēc kuras tos iedala lineārajos un impulsos. Faktiski šie kritēriji atspoguļo divus vissvarīgākos pārveidotāju darbības principus.
Tie, kas ir lineāri, var strādāt pēc analogās shēmas principa, kurā pārveidotie signāli tiek veidoti vienmērīgā tempā. Impulsu pārveidotājs uzņemas aktīvāku signālu attēlojumu gan izejā, gan to iekšējās apstrādes laikā. Tomēr gadījumā, jašī darbība tiek veikta tikai signāla apstrādes iekšējā stadijā, attiecīgā ierīce var ģenerēt praktiski tādus pašus indikatorus kā gadījumā, ja tiek izmantots lineārais pārveidotājs. Tādējādi lineārās vai impulsu apstrādes jēdzienu var aplūkot tikai attiecīgā tipa ierīces galveno aparatūras komponentu darbības principa kontekstā.
Impulsu pārveidotājus galvenokārt izmanto gadījumos, kad ir paredzēts, ka izmantotā infrastruktūra apstrādā lielas jaudas signālus. Tas ir saistīts ar faktu, ka atbilstošo ierīču efektivitāte šādos gadījumos ir daudz augstāka nekā tad, ja tās izmanto mazākas jaudas signālu apstrādei. Vēl viens faktors, izvēloties šos risinājumus, ir transformatoru vai kondensatoru ierīču izmantošana kā daļa no izmantotās infrastruktūras, ar kurām impulsu pārveidotājiem ir optimāla savietojamība.
Savukārt lineārais pārveidotājs ir iekārta, kas tiek izmantota infrastruktūras ietvaros, kurā tiek veikta mazjaudas signālu apstrāde. Vai arī ja ir nepieciešams samazināt pārveidotāja darbības dēļ radīto troksni. Vērts atzīmēt, ka aplūkojamo risinājumu efektivitāte lieljaudas infrastruktūrā nav tā izcilākā, tāpēc šīs ierīces visbiežāk izdala lielāku siltuma daudzumu nekā impulsu pārveidotāji. Turklāt to svars un izmēri ir arī ievērojami lielāki.
Bet, tā vai citādi, praksē pārveidotāja darbība pēc impulsa principa var ietverttās pārnešanas funkcijas veidošanās lineārā formā. Tāpēc pirms atbilstošo signālu kondicionētāju ieviešanas infrastruktūrā ir jāņem vērā to iekšējā struktūra izmantotajai signālu apstrādes shēmai.
Mērpārveidotāji
Cita izplatīta risinājumu kategorija ir devēji. Kādas ir to īpašības? Mērpārveidotājs ir ierīce, ko var piedāvāt arī ļoti daudzos veidos. Šīs ierīces vieno to spēja gan izmērīt, gan pārveidot noteiktus lielumus.
Ierasts aplūkot atbilstošā tipa mērierīču darbības shēmu, kurā signāls tiek apstrādāts vairākos posmos. Pirmkārt, pārveidotājs to saņem, pēc tam pārveido par izmērāmu vērtību, pēc tam pārveido par kādu noderīgu enerģiju. Piemēram, ja tiek izmantots analogais mērīšanas strāvas devējs, elektriskā enerģija tiek pārveidota mehāniskajā enerģijā.
Protams, īpašus mehānismus atbilstošu risinājumu pielietošanai var pasniegt ārkārtīgi plašā diapazonā. Mērījumu transformāciju izmantošana zinātniskiem nolūkiem kā daļa no infrastruktūras eksperimentu un pētījumu veikšanai ir plaši izplatīta. Tas, kas vieno lielāko daļu mērpārveidotāju, ir to pielāgošanās spēja, pirmkārt, darbam ar normalizētu raksturlielumu izmantošanu, apstrādājot vai transformējot signālu. VarŅemiet vērā, ka šīs specifikācijas ne vienmēr var būt paredzētas invertora gala lietotājam. To aktivizēšana daudzos gadījumos tiek veikta slēptā režīmā. Cilvēks, izmantojot atbilstošus signālu pārveidotājus, izejā saņem tikai nepieciešamo signālu, kas pielāgots lietošanai dažādiem mērķiem.
Tādējādi šie risinājumi, kā likums, netiek izmantoti kā neatkarīgi infrastruktūras veidi. Tās ir daļa no sarežģītākām ierīcēm – piemēram, mērījumu automatizācijas sistēmām ražošanā. Mērpārveidotājus visbiežāk iedala 2 galvenajās grupās - primārajos un starpposmos. Būs lietderīgi apsvērt abu specifiku.
Mērpārveidotāju klasifikācija: primārie un starprisinājumi
Ierīces, kas pieder primāro kategorijai, parasti tiek izmantotas kā sensori. Tas ir, tie ir pārveidotāji, uz kuriem viena vai otra izmērītā vērtība iedarbojas tieši. Pārējās ierīces tiek klasificētas kā starpposma ierīces. Tie tiek ievietoti mērījumu infrastruktūrā uzreiz pēc pirmajiem un var būt atbildīgi par lielu skaitu ar transformāciju saistīto darbību. Kādas konkrētas darbības var veikt attiecīgā tipa signāla līmeņa pārveidotājs? Tos parasti dēvē par:
- fizisko rādītāju mērīšana dažādiem lielumiem;
- dažādas mēroga transformācijas;
- digitālo signālu pārveidošana analogos un otrādi;
- funkcionālās transformācijas.
Ņemiet vērā, ka līdzīgsklasifikāciju var uzskatīt par nosacītu. Tas galvenokārt ir saistīts ar faktu, ka vienā mērinstrumentā var atrasties vairāki primārie devēji. Vēl viens iemesls, lai uzskatītu iepriekš apspriesto klasifikāciju par nosacījumu, ir tas, ka dažāda veida infrastruktūrās mērījumus var veikt pēc atšķirīgiem principiem.
Pastiprinātāja caurules
Cits dažādās tautsaimniecības nozarēs populārs ierīču veids ir attēla pastiprinātāja caurule. To, tāpat kā citus iepriekš apspriestos ierīču veidus, var piedāvāt plašā dizaina klāstā. Elektronu-optiskos pārveidotājus vieno kopīgs darbības princips: tas ietver neredzama objekta – piemēram, infrasarkanā, ultravioletā vai, piemēram, rentgena staru apgaismota – pārvēršanu redzamajā spektrā.
Šajā gadījumā atbilstošā darbība, kā likums, tiek veikta 2 posmos. Pirmajā posmā neredzamo starojumu uztver fotokatods, pēc kura tas tiek pārveidots elektroniskajos signālos. Kas jau otrajā posmā tiek pārvērsti redzamā attēlā un parādīti ekrānā. Ja tas ir datora monitors, tad signālu var iepriekš pārveidot par ciparu kodu.
Pastiprinātāju caurules ir risinājumi, kas tradicionāli tiek klasificēti vairākās paaudzēs. Ierīces, kas saistītas ar pirmo, ietver stikla vakuuma kolbu. Tas satur fotokatodu un anodu. Starp tiem veidojas potenciāla atšķirība. Piesakoties uzOptimālais sprieguma pārveidotājs tajā veido elektronisku lēcu, kas spēj fokusēt elektronu plūsmas.
Otrās paaudzes devējiem ir elektronu paātrinājuma moduļi, kā rezultātā tiek uzlabots attēla spilgtums. Trešās paaudzes ierīcēs tiek izmantoti materiāli, kas ļauj palielināt fotokatoda kā elektronu-optiskā pārveidotāja galvenās sastāvdaļas jutīgumu vairāk nekā 3 reizes.
Rezistīvo devēju īpašības
Cits izplatīts ierīču veids ir pretestības devēji. Apsveriet to funkcijas sīkāk.
Šie devēji ir pielāgoti, lai mainītu savu elektrisko pretestību viena vai otra izmērītā lieluma ietekmē. Tie var arī koriģēt leņķisko un lineāro kustību. Visbiežāk šie pārveidotāji ir iekļauti automatizācijas sistēmās ar sensoriem spiediena, temperatūras, apgaismojuma līmeņa un dažāda veida starojuma intensitātes mērīšanai. Galvenās rezistīvo devēju priekšrocības:
- uzticamība;
- nav attiecības starp mērījumu precizitāti un barošanas sprieguma stabilitāti.
Ir liels skaits saistītu ierīču veidu. Starp populārākajiem ir temperatūras sensori. Izpētīsim to īpašības.
Pretestības temperatūras sensori
Šiem signālu pārveidotājiem ir komponenti, kas ir jutīgi pret apkārtējās vides temperatūras izmaiņām. Ja tas paaugstinās, tad to pretestība var palielināties. Šīs ierīces galvenokārt raksturo ļoti augsta precizitāte. Dažos gadījumos tie ļauj mainīt temperatūru ar precizitāti aptuveni 0,026 grādi pēc Celsija. Šajās ierīcēs ir elementi, kas izgatavoti no platīna - šajā gadījumā pretestības koeficients būs mazāks vai vara.
Rezistīvo sensoru izmantošanu raksturo vairākas nianses. Tātad jāņem vērā, ka augstākas sensoram piegādātās ierosmes strāvas vērtības palielina tā temperatūras jutību, bet tajā pašā laikā uzsilda attiecīgā pārveidotāja elementus. Tas daudzos gadījumos izraisa tā precizitātes samazināšanos. Tāpēc ieteicams nodrošināt optimālu ierosmes strāvas veiktspēju, ņemot vērā konkrētus mērīšanas apstākļus. Aprēķinos var ņemt, piemēram, tās vides siltumvadītspēju, kurā tiek izmantots sensors - gaisa vai ūdens. Parasti ieteicamos ierosmes strāvu indikatorus nosaka atbilstošā tipa sensoru ražotāji. Tomēr tie var ievērojami atšķirties atkarībā no ierīču konstrukcijā izmantotajiem metāliem. Turklāt, izmantojot attiecīgos sensorus, ir jāņem vērā tāds indikators kā darba strāvas ierobežojošā vērtība. Parasti to nosaka arī ražotājs.
Rezistīvie sensori ir vieni no visbiežāk sastopamajiem devēju veidiem mājsaimniecībā. Tas lielā mērā ir saistīts ar daudzu to šķirņu ievērojamajām tehnoloģiskajām priekšrocībām. Piemēram, jarunāt par termistoriem - tiem ir raksturīga augsta jutība, kompaktums, mazs svars. Gaisa temperatūras mērīšanai dažādos apstākļos var izmantot atbilstoša tipa sensorus. To ražošana visbiežāk nav saistīta ar ievērojamām izmaksām. Tiesa, termistoriem ir arī trūkumi - pirmkārt, tā ir augsta nelinearitātes pakāpe, kā rezultātā tos var praktiski izmantot diezgan šauros temperatūras diapazonos.
Ikdienā plaši izmanto atbilstošo signālu pārveidotāju tipu (to veidus un mērķi var noteikt, pamatojoties uz dažādiem klasifikācijas kritērijiem). Piemēram, parasti tiek iekļauti temperatūras sensori, kas satur platīna un vara elementus:
- apkures infrastruktūra - lai mērītu dzesēšanas šķidruma temperatūru atsevišķās iekārtas daļās, kā arī apsildāmajā telpā;
- veļas mašīnas - lai izmērītu ūdens temperatūru un pielāgotu to dažādām mazgāšanas programmām;
- gludekļi - līdzīgi, lai nodrošinātu optimālu gludināšanas temperatūru noteiktā darbības režīmā;
- elektriskās plītis, kā arī cita veida iekārtas ēdiena gatavošanai - arī lai nodrošinātu to darbību, kad ir aktivizēti noteikti lietotāja režīmi.
Reostata pārveidotāji
Cits populārs pretestības ierīču veids ir reostata pārveidotāji. To darbības princips ir balstīts uz elektriskās pretestības mērīšanuviena vai otra vadītāja ieejas nobīdes ietekmē. Praksē šis devējs ietver elementus, kas ir pielāgoti kustībai izmērītās vērtības ietekmē. Visbiežāk attiecīgās ierīces tiek iekļautas sprieguma dalītājos vai tiek izmantotas kā mērīšanas tiltu neatņemams elements.
Ja runājam par priekšrocībām, kas raksturo reostata pārveidotājus, tad tās ietver:
- nav reaktīvas ietekmes uz kustīgām sastāvdaļām;
- augsta efektivitāte;
- mazi izmēri, iespēja izmantot infrastruktūrā, kas darbojas gan ar līdzstrāvu, gan maiņstrāvu.
Tajā pašā laikā atbilstošā tipa pretestības pārveidotāji ne vienmēr ir uzticami un daudzos gadījumos prasa ievērojamus resursus no uzņēmuma, lai uzturētu funkcionalitāti.
