Převodníky signálu: typy, provozní princip a účel

V průmyslu av každodenním životě je běžné používání různých typů převodníků signálu. Tato zařízení mohou být zastoupena v nejširším rozsahu úprav, přizpůsobená pro řešení problémů v různých oblastech ekonomiky. Které typy převodníků signálu lze klasifikovat jako nejběžnější? Jaké jsou jejich funkce?

Jaký je účel převodníků signálu?

Převodníky signálu jsou zařízení, která mohou být skutečně zastoupena v nejširším spektru řešení. Tento pojem je vlastně kolektivní a může se týkat zařízení používaných v různých segmentech ekonomiky a klasifikovaných podle zcela odlišných kritérií. Hlavní typy signálů, které mohou konvertovat dotčená zařízení:

- elektrické;

- zvuk;

- teplota;

- technologické povahy.

V závislosti na úkolech, kterým čelí uživatel převodníku signálu, mohou být v struktuře odpovídajícího zařízení kombinovány moduly, které zpracovávají několik různých typů dat. Transformace proto může být prováděna v rámci stejného typu signálu (například z jedné frekvence do druhé) nebo být mechanismem, který zahrnuje převod mezi různými kategoriemi signálů. Například elektrický zvuk.

Mezi nejčastější zařízení patří převodník analogové signály v digitálním (a naopak, pokud je poskytována strukturou interních modulů zařízení). Vezměme v úvahu rysy jeho práce.

Převodník analogově-digitální

Toto zařízení je určeno pro konverzi jakéhokoli analogového signálu - například reprezentovaného napěťovými indexy do digitální podoby (umožňující například záznam příslušného signálu do souboru).

Jedním z hlavních kritérií účinnosti daného zařízení je bitová hloubka dat na výstupu. Jeho hodnota určuje úroveň poměru signálu k šumu.

Dalším významným parametrem, který charakterizuje kvalitu provozu zařízení, jako je analogový převodník, je rychlost generování výstupního signálu. Mezi zařízení, která poskytují optimální výkon, jsou ty, které jsou paralelní. Vytvářejí velké toky signálu pomocí požadovaného počtu kolíků. Tato vlastnost zařízení v mnoha případech předurčuje uvolnění vhodných převodníků charakterizovaných velkými rozměry. Převodníky analogových signálů navíc mohou mít poměrně vysokou úroveň spotřeby energie. Vzhledem k účinnosti těchto zařízení však tyto vlastnosti často nejsou považovány za nevýhody.

Převod signálů z analogových na digitální paralelní přístroje je velmi rychlý. Zajištění ještě rychlejšího výkonu příslušného typu zařízení může být prostřednictvím připojení několika zařízení, aby mohli zvládnout tok signálů naopak.

Alternativy k paralelním řešením mohou být konvertory sériových signálů. Obvykle jsou méně produktivní, ale energeticky účinnější. Jejich použití může být podmíněno v těch případech, kdy se jedná o zajištění přenosu signálů v rámci infrastruktury s nízkým výkonem nebo v případě, že se nevyžaduje vyšší přepočet rychlosti, než jakou poskytuje následná zařízení.

Je třeba poznamenat, že existují kombinované zařízení, které kombinují funkce sériových a paralelních měničů. V mnoha případech jsou nejoptimálnějšími řešeními, pokud jde o dodržování kritérií ekonomiky a produktivity.

Dále jsme si uvědomili, že analogově-digitální převodníky mohou obsahovat moduly, pomocí kterých se digitální signály převádějí na analogové signály. K dispozici je také samostatná kategorie zařízení odpovídajícího typu. Podívejme se na jejich rysy.

Digitální až analogové převodníky

Pokud má uživatel například analogový signál TV, pak bude jeho provoz možný při připojení příslušné antény. Nebo pokud jsou zdrojové signály převedeny na analogové signály, které může televizor rozpoznat. Jejich zdroj může být zase digitální anténa. Nebo jako volitelně signál přijatý přes internet.

Dotčené zařízení tak převede signál obsahující digitální kód na proud, napětí nebo náboj, který je přenášen pro zpracování do analogových modulů. Specifické mechanismy této transformace závisí na typu vstupních dat. Například, pokud mluvíme o zvuku, pak na vstupu je obvykle zobrazen v pulzní kódové modulaci. Je-li zdrojový soubor komprimován, lze ke konverzi signálů použít speciální softwarové kodeky. Na druhou stranu digitální anténa obvykle vysílá signál pro zpracování pomocí hardwarových metod.

Zařízení, která zahrnují zvažované měniče, mohou být doplněny moduly pro různé účely. Například při poskytování reprodukce televizního vysílání může být kromě těch modulů použitých převodníkem použit i zesilovač obrazového signálu. V mnoha případech je nutné, aby byl zajištěn vysokokvalitní obraz při převedení analogového signálu na digitální. Také, pokud chcete přenést snímek na značnou vzdálenost, použije se také zesilovač obrazového signálu.

Televize není jedinou oblastí aktivního využití dotyčných zařízení. Příslušné měniče jsou zahrnuty například v CD přehrávačích, které také transformují digitální signál na analogový.

Ultrazvukové převodníky

Další společnou kategorií zařízení je ultrazvukový převodník. Je třeba poznamenat, že mohou být představovány zařízeními, která mají nejširší rozsah aplikací, stejně jako provozní principy. Mezi běžné odrůdy ultrazvukových měničů - ponorného zařízení, který je určen pro přenos do vody nebo jiného kapalného média ultrazvuku na konkrétní frekvenci. Toto zařízení lze použít například k čištění různých předmětů z kontaminace - v lázních používaných pro ultrazvukové čištění.

Existují další oblasti použití uvažovaných zařízení. Ultrazvukový snímač lze použít k monitorování integrity určitých konstrukcí, připojení a kontrole některých objektů na poškození.

Lineární a impulsní měniče

Vzhledem k zvláštnostem používání konvertorů bude užitečné věnovat pozornost klasifikaci, kterou jsou rozděleny na lineární a impulzní. Ve skutečnosti tato kritéria odrážejí dva nejdůležitější principy provozu měniče.

Ty, které jsou lineární, mohou fungovat na principu analogového obvodu, ve kterém se přeměněné signály vytvářejí hladkým tempem. Převodník impulzů předpokládá aktivní zobrazení signálů jak na výstupu, tak při jejich interním zpracování. Nicméně, pokud je tato operace provedena pouze pro vnitřní kroku zpracování signálu, vhodné zařízení může tvořit prakticky stejnou funkci jako v případě, kdy je lineární snímač aktivován. To znamená, že výraz lineární nebo léčení puls lze považovat pouze v rámci principu práce klíčových komponent hardwaru devaysa vhodný typ.

Pulsní měniče se používají hlavně v případech, kdy struktura použité infrastruktury zahrnuje zpracování vysokofrekvenčních signálů. To je způsobeno skutečností, že účinnost příslušných zařízení je v takových případech mnohem vyšší než při jejich použití pro zpracování signálů s nižším výkonem. Dalším faktorem při výběru těchto řešení je použití transformátorových nebo kondenzátorových zařízení v použité infrastruktuře, s nimiž impulzní konvertory mají optimální kompatibilitu.

Na druhé straně lineární převodník je zařízení, které se používá v rámci infrastruktury, ve které jsou zpracovávány signály s nízkým výkonem. Nebo pokud je potřeba snížit rušení způsobené provozem měniče. Je třeba poznamenat, že účinnost uvažovaných řešení v infrastruktuře s vysokým výkonem není nejvýkonnější, proto tato zařízení nejčastěji přidělují větší množství tepla než pulzní měniče. Navíc jejich hmotnost a rozměry jsou také výrazně větší.

Ale tak jako tak, v praxi, provoz měniče s ohledem na zásadu hybnosti může zahrnovat tvorbu jeho přenosovou funkci lineárně. Proto před implementací vhodných měničů signálu v infrastruktuře byste měli zvážit jejich vnitřní strukturu pro příslušný schéma zpracování signálu.

Měření převodníků

Dalšími běžnými kategoriemi řešení jsou měřicí převodníky. Jaké jsou jejich vlastnosti? Měřící převodník je zařízení, které může být také zastoupeno ve velkém počtu odrůd. Kombinuje schopnost přístroje měřit jak měření, tak konverzi určitých veličin.

Schéma fungování měřicích přístrojů odpovídajícího typu může být považováno za široce používanou, ve které je signál zpracováván v několika fázích. Nejprve snímač převezme, pak jej přemění na hodnotu, kterou lze měřit, poté - přemění na užitečnou energii. Pokud se například používá analogový měnič proudu, provede se transformace elektrické energie na mechanickou.

Samozřejmě lze v mimořádně širokém rozmezí prezentovat konkrétní mechanismy pro uplatňování příslušných řešení. Je běžné používat měřicí transformace pro vědecké účely jako součást infrastruktury pro provádění experimentů a výzkumu. Kombinuje většinu měřicích měničů s adaptabilitou, především při práci s normalizovanými charakteristikami při zpracování nebo transformaci signálu. Je třeba poznamenat, že tyto vlastnosti nemohou být vždy určeny pro konečného uživatele konvertoru. Jejich zapojení se v mnoha případech provádí v tajném režimu. Člověk pomocí vhodných převodníků signálu přijímá na výstupu pouze požadovaný signál, přizpůsobený pro různé účely.

Proto se tato řešení zpravidla nepoužívají jako nezávislé typy infrastruktury. Jsou součástí složitějších zařízení - například automatizační systémy pro měření ve výrobě. Měřící převodníky jsou nejčastěji rozděleny do dvou hlavních skupin - primární a střední. Bude užitečné zvážit specifika obou.

Klasifikace měřicích měničů: primární a střední řešení

Přístroje, které patří do kategorie primárních, se zpravidla používají jako senzory. To znamená, že jsou to měniče, na které přímo působí určité měřené množství. Ostatní zařízení patří do střední kategorie. Jsou umístěny v měřicí infrastruktuře bezprostředně po první a mohou být odpovědné za velké množství operací souvisejících s transformací. Jaký typ operace může převodník signálu příslušného typu udělat? K těm je obvyklé zahrnovat:

- měření fyzikálních indikátorů pro různé hodnoty;

- různé měnové konverze;

- transformace digitálních signálů na analogové signály a naopak;

- funkční transformace.

Všimněte si, že takovou klasifikaci lze považovat za podmíněnou. To je způsobeno především skutečností, že několik primárních měničů může být umístěno ve stejném měřicím přístroji. Dalším důvodem pro posouzení výše uvedené klasifikace podmíněné - je to, že v různých typech infrastruktury lze měření provádět na odlišných principech.

Elektronické optické měniče

Typ zařízení, který je populární v různých sférách ekonomiky, je elektronový optický převodník. Stejně jako ostatní typy zařízení popsané výše mohou být zastoupeny v široké škále návrhů. Spojuje elektro-optických převodníků obecný princip provozu: zahrnuje provádění transformace neviditelné objektu - např osvětleným infračerveným, ultrafialovým nebo, například rentgenového záření, ve viditelném spektru.

V tomto případě se příslušná operace zpravidla provádí ve dvou fázích. Nejprve se na fotokatódu objeví neviditelné záření, po kterém se přeměňuje na elektronické signály. Které již ve druhém kroku jsou převedeny na viditelný obrázek a zobrazeny na obrazovce. V případě počítačového monitoru může být signál předem převeden na digitální kód.

Elektronické optické měniče jsou řešení, která byla tradičně klasifikována několik generací. Zařízení týkající se prvního zařízení zahrnují skleněnou vakuovou baňku. Fotokatody a anody jsou v nich umístěny. Mezi nimi vzniká potenciální rozdíl. Když je k převodníku aplikováno optimální napětí, uvnitř měniče je vytvořena elektronová čočka, která může zaostřit elektronové toky.

U převodníků druhé generace jsou přítomny moduly elektronového zrychlení, čímž se zvyšuje jas obrazu. V zařízeních třetí generace se používají materiály, které zvyšují citlivost fotokatody jako klíčovou složku elektronového optického konvertoru více než 3krát.

Vlastnosti odporových měničů

Další běžný typ zařízení - odporové měniče. Zvažme jejich funkce podrobněji.

Tyto měniče jsou přizpůsobeny pro změnu vlastního elektrického odporu, když jsou podrobeny určité měřené hodnotě. Mohou také upravit úhlový a lineární pohyb. Nejčastěji jsou tyto snímače součástí automatizačních systémů s tlakovými, teplotními, hladinovými senzory osvětlení, měření intenzita různých druhů záření. Hlavní výhody odporových převodníků jsou:

- spolehlivost;

- Absence vztahu mezi přesností měření a stabilitou napájecího napětí.

Existuje velké množství variant příslušných zařízení. Mezi nejoblíbenější patří snímače teploty. Podívejme se na jejich rysy.

Odporové snímače teploty

Tyto převodníky signálu mají součásti, které jsou citlivé na změny okolní teploty. Pokud se zvedne, může se jejich odpor zvýšit. Tato zařízení se vyznačují především velmi vysokou přesností. V některých případech umožňují měnit teplotu s přesností řádově 0,026 stupňů Celsia. Součástí těchto zařízení jsou prvky vyrobené z platiny - v tomto případě bude koeficient odporu nižší nebo měď.

Použití odporových snímačů je charakterizováno množstvím odstínů. Proto je třeba mít na paměti, že čím vyšší je budicí proud ukazatele se přivádí do senzoru, zvýšení jeho teplotní citlivost, ale zároveň, teplo příslušné měničových prvků. To v mnoha případech způsobuje pokles její přesnosti. Doporučuje se proto poskytnout optimální parametry budicího proudu, které zohlední specifické podmínky měření. Při výpočtu může být například zohledněna tepelná vodivost prostředí, ve kterém je snímač používán - vzduch nebo voda. Zpravidla doporučené indexy excitačních proudů vytvářejí výrobci senzorů příslušného typu. Mohou se však značně lišit v závislosti na použitých kovech při konstrukci zařízení. Kromě toho je při použití dotyčných snímačů nutné zohlednit takový indikátor jako mezní hodnotu pro pracovní proud. Obvykle je to také určeno výrobcem.

Odporové snímače patří k nejčastějším typům snímačů na farmě. To je z velké části způsobeno významnými technologickými výhodami mnoha z jejich odrůd. Pokud například mluvíme o termistorech - jsou charakteristické vysokou citlivostí, kompaktností, nízkou hmotností. Pro měření teploty vzduchu v různých podmínkách lze použít vhodný typ snímačů. Jejich výroba často nezahrnuje značné náklady. Je pravda, že termistory mají nevýhody - nejdříve je to vysoký stupeň nelinearity, takže je lze v praxi používat v poměrně úzkých teplotních rozsa- hách.

Odpovídající typy převodníků signály (zobrazení a jejich určení lze stanovit na základě různých klasifikačních kritérií) jsou běžně používány v každodenním životě. Například, snímače teploty, obsahující ve svém složení prvky platiny a mědi, ve složení:

- topná infrastruktura - pro účely měření teploty chladicí kapaliny v jedné nebo jiné části zařízení, stejně jako ve vyhřívané místnosti;

- pračky - s cílem měřit teplotu vody a její nastavení pro různé programy mytí;

- žehličky - stejným způsobem, jak zajistit optimální teplotu žehlení v určitém provozním režimu;

- electrotiles, stejně jako jiné typy zařízení pro vaření potravin - za účelem zajištění jejich provozu při aktivaci určitých uživatelských režimů.

Převaděče reostatu

Dalším oblíbeným typem odporových zařízení jsou konvertory reostatu. Jejich pracovní princip je založen na měření elektrických odpor vodiče pod vlivem vstupního pohybu. V praxi tento konvertor obsahuje prvky, které jsou přizpůsobeny pohybu vzhledem k účinku měřené veličiny. Nejčastěji jsou dotčená zařízení zařazena do dělitelů napětí nebo použitá jako součást měřících mostů.

Pokud mluvíme o zásluhách, které charakterizují reostatické měniče, pak k němu může patřit:

- žádný reaktivní účinek na mobilní součásti;

- vysoká účinnost;

- malé rozměry, možnost použití v infrastruktuře pracující jak na stálém, tak střídavém proudu.

Současně odporové snímače příslušného typu nejsou vždy spolehlivé a v mnoha případech vyžadují, aby podnik investoval značné prostředky do udržování funkčnosti.