Prevodníky signálov: typy, prevádzkový princíp a účel

V priemysle av každodennom živote je bežnéaplikácie rôznych typov prevodníkov signálu. Tieto zariadenia môžu byť zastúpené v najširšom rozsahu úprav prispôsobených na riešenie problémov v rôznych oblastiach hospodárstva. Ktoré typy konvertorov signálu možno klasifikovať ako najbežnejšie? Aké sú ich funkcie?

Aký je účel prevodníkov signálov?

Prevodníky signálov sú zariadenia, ktorémôžu byť skutočne zastúpené v najširšom rozsahu riešení. Tento pojem je skutočne kolektívny a môže sa vzťahovať na zariadenia používané v rôznych segmentoch hospodárstva a klasifikované podľa úplne odlišných kritérií. Hlavné typy signálov, ktoré môžu konvertovať príslušné zariadenia:

- Elektrické;

- zvuk;

- teplota;

- technologická povaha.

V závislosti od úloh, ktorým čelítepoužívateľom prevodníka signálov môžu byť moduly, ktoré spracovávajú niekoľko rôznych typov údajov, kombinované v štruktúre zodpovedajúceho zariadenia. Transformácia môže byť teda realizované v rámci jedného typu signálu (napríklad, z jedného kmitočtu na druhý), alebo môže byť mechanizmus implikovať preklad medzi rôznymi druhmi signálov. Napríklad elektrický zvuk.

Najbežnejšie zariadenia súkonvertor analógových signálov na digitálne (a naopak, ak je zabezpečená štruktúrou vnútorných modulov zariadenia). Pozrime sa na funkcie jeho práce.

Prevodník analógovo-digitálny

Predmetné zariadenie je určenékonvertovať akýkoľvek analógový signál - napríklad reprezentovaný indexmi napätia - do digitálnej podoby (umožňujúce napríklad zaznamenanie zodpovedajúceho signálu do súboru).

Jedným z hlavných kritérií účinnosti daného zariadenia je bitová hĺbka údajov na výstupe. Jeho hodnota určuje úroveň pomeru signálu k šumu.

Ďalší významný parameter, ktorý charakterizujeKvalita činnosti zariadenia, ako je napríklad analógový konvertor, je rýchlosť, ktorou sa generuje výstupný signál. Medzi tie zariadenia, ktoré poskytujú optimálny výkon, sú tie, ktoré sú paralelným typom. Vytvárajú veľké signálne toky pomocou požadovaného počtu kolíkov. Táto vlastnosť zariadenia v mnohých prípadoch predurčuje uvoľnenie vhodných konvertorov, ktoré sa vyznačujú veľkými rozmermi. Okrem toho analógové prevodníky signálov môžu mať pomerne vysokú úroveň spotreby energie. Vzhľadom na účinnosť týchto zariadení sa však tieto funkcie často nepovažujú za nevýhody.

Prevod signálov z analógového na digitálnyparalelné zariadenia sa vykonávajú veľmi rýchlo. Poskytnúť ešte rýchlejší výkon príslušného typu zariadenia môže byť cez pripojenie viacerých zariadení, aby mohli zvládnuť tok signálov zase.

Alternatívou k paralelným riešeniam môže byťkonvertory signálov sériového typu. Zvyčajne sú menej produktívne, ale energeticky efektívnejšie. Ich aplikácia môže byť podmienená v tých prípadoch, keď ide o zabezpečenie prenosu signálov v rámci infraštruktúry s nízkym výkonom alebo v prípade, že sa nevyžaduje vyššia rýchlosť konverzie, než je tá, ktorú poskytuje následné zariadenie.

Možno poznamenať, že existujú zariadeniazmiešaný typ, ktorý kombinuje funkcie sériových a paralelných konvertorov. V mnohých prípadoch ide o najoptimálnejšie riešenia z hľadiska dodržiavania kritérií hospodárnosti a produktivity.

Ako sme uviedli vyššie, analógovo-digitálnekonvertory môžu obsahovať moduly, pomocou ktorých sa konverziu digitálnych signálov na analógové signály. K dispozícii je tiež samostatná kategória zariadení príslušného typu. Pozrite sa na ich vlastnosti.

Digitálne až analógové meniče

V prípade, že používateľje tu napríklad televízor pre analógový signál, potom jeho činnosť bude možná pri pripojení vhodnej antény. Alebo ak sú zdrojové signály konvertované na analógové signály, ktoré môže televízor rozpoznať. Ich zdroj môže byť zase digitálna anténa. Alebo ako voliteľný signál prijatý cez internet.

Zariadenie, ktoré je predmetom úvah,konvertuje signál obsahujúci digitálny kód na prúd, napätie alebo náboj, ktorý sa prenáša na spracovanie do analógových modulov. Špecifické mechanizmy tejto transformácie závisia od typu vstupných údajov. Napríklad, ak hovoríme o zvuku, potom na vstupe je zvyčajne znázornený v impulznom kódovaní modulácie. Ak je zdrojový súbor komprimovaný, na konverziu signálov je možné použiť špeciálne softvérové ​​kodeky. Digitálna anténa zvyčajne prenáša signál na spracovanie hardvérovými metódami.

Zariadenia, ktoré obsahujúUvažované prevodníky môžu byť doplnené modulmi na rôzne účely. Napríklad pri poskytovaní reprodukcie televízneho vysielania môže byť použitý aj zosilňovač obrazového signálu okrem tých modulov, ktoré používa konvertor. V mnohých prípadoch je to nevyhnutné na zabezpečenie vysoko kvalitného obrazu, keď sa analógový signál prevedie na digitálny. Ak chcete preniesť obrázok na značnú vzdialenosť, použije sa aj zosilňovač video signálu.

Televízia nie je jedinou sférou aktívnehopoužitia príslušných pomôcok. Zodpovedajúce konvertory sú zahrnuté napríklad v CD prehrávačoch, ktoré tiež transformujú digitálny signál na analógový.

Ultrazvukové snímače

Ďalšia spoločná kategória zariadení -ultrazvukový menič. Treba poznamenať, že to môže byť reprezentované zariadeniami, ktoré majú najširší rozsah aplikácií, ako aj prevádzkové princípy. Medzi bežnými odrodami ultrazvukových meničov je ponorná jednotka, ktorá je navrhnutá na prenos do vody alebo iného kvapalného média ultrazvukom s určitou frekvenciou. Toto zariadenie sa môže použiť napríklad na čistenie rôznych predmetov pred kontamináciou - v kúpeľoch používaných na ultrazvukové čistenie.

Existujú aj ďalšie oblasti uplatneniazariadení. Ultrazvukový menič môže byť použitý na monitorovanie integrity určitých štruktúr, spojení a kontroly určitých predmetov na poškodenie.

Lineárne a impulzné meniče

Vzhľadom na vlastnosti aplikáciekonvertory, bude užitočné venovať pozornosť klasifikácii, podľa ktorej sú rozdelené na lineárne a impulzné. V skutočnosti tieto kritériá odrážajú dve najdôležitejšie princípy prevádzkovania meniča.

Tie, ktoré sú lineárne, môžu pracovaťprincíp analógového obvodu, v ktorom sú konvertované signály vytvorené plynulým tempom. Impulzný menič predpokladá aktívnejšiu reprezentáciu signálov ako na výstupe, tak pri ich vnútornom spracovaní. Avšak ak sa táto operácia uskutočňuje iba vo vnútornom štádiu spracovania signálu, príslušné zariadenie môže tvoriť rovnaké parametre ako v prípade zapojenia lineárneho meniča. Koncept lineárneho alebo impulzného spracovania sa teda môže posudzovať len v kontexte princípu fungovania kľúčových hardvérových komponentov zariadenia zodpovedajúceho typu.

Ide najmä o impulzné meničePoužívajú sa pri spracovaní signálov s vysokým výkonom, ktoré sú súčasťou použitej infraštruktúry. Je to spôsobené tým, že účinnosť príslušných zariadení je v takýchto prípadoch oveľa vyššia ako pri ich použití na spracovanie signálov s nižším výkonom. Ďalším faktorom pri výbere týchto riešení je použitie transformátorových alebo kondenzátorových zariadení v používanej infraštruktúre, s ktorou majú impulzné meniče optimálnu kompatibilitu.

Na druhej strane lineárny menič jeZariadenie, ktoré sa používa v infraštruktúre, v ktorej sa spracúvajú signály s nízkym výkonom. Alebo ak je potrebné znížiť rušenie spôsobené prevádzkou meniča. Treba poznamenať, že efektívnosť riešení, ktoré sa uvažujú v infraštruktúre s vysokým výkonom, nie je najvýraznejšia, preto tieto zariadenia najčastejšie vyčleňujú väčšie množstvo tepla ako pulzné meniče. Okrem toho ich hmotnosť a rozmery sú tiež výrazne väčšie.

Ale v jednom alebo inom spôsobom, v praxi, fungovaniekonvertor podľa impulzného princípu môže prevziať formáciu prenosovej funkcie v lineárnej forme. Preto pred implementáciou vhodných prevodníkov signálov v infraštruktúre by ste mali zvážiť ich vnútornú štruktúru pre príslušnú schému spracovania signálu.

Meranie prevodníkov

Ďalšou spoločnou kategóriou riešení -meracie konvertory. Aké sú ich funkcie? Merací prevodník je zariadenie, ktoré môže byť tiež zastúpené vo veľkom množstve odrôd. Kombinuje schopnosť zariadenia merať meranie a konverziu určitých množstiev.

Je možné zvážiť najrozšírenejšiu schémuFungovanie meracích prístrojov vhodného typu, pri ktorých sa signál spracúva v niekoľkých etapách. Najprv snímač prevezme a potom ju premení na hodnotu, ktorá sa dá merať, potom sa transformuje na nejakú užitočnú energiu. Napríklad, ak sa použije analógový prúdový prevodník, potom sa uskutoční transformácia elektrickej energie na mechanickú.

Samozrejme, špecifické mechanizmy použitiazodpovedajúce rozhodnutia môžu byť prezentované vo výnimočne širokom rozsahu. Bežné je používanie meracích transformácií na vedecké účely ako súčasť infraštruktúry na vykonávanie experimentov a výskumu. Kombinuje väčšinu meracích prevodníkov s ich prispôsobivosťou, a to hlavne pri práci s normalizovanými charakteristikami pri spracovaní alebo transformácii signálu. Treba poznamenať, že tieto charakteristiky nemusia byť vždy určené pre koncového užívateľa meniča. Ich zapojenie sa v mnohých prípadoch uskutočňuje v tajnom režime. Muž, ktorý používa príslušné prevodníky signálov, prijíma iba výstupný požadovaný signál, prispôsobený na použitie na rôzne účely.

Preto tieto rozhodnutia zvyčajne nie súPoužívajú sa ako nezávislé typy infraštruktúry. Sú súčasťou zložitejších zariadení - napríklad automatizačných systémov na meranie vo výrobe. Meracie prevodníky sú najčastejšie rozdelené do dvoch hlavných skupín - primárnych a stredných. Bude užitočné zvážiť špecifiká oboch.

Klasifikácia meracích prevodníkov: primárne a stredné riešenia

Zariadenia, ktoré patria do kategórie primárnych,sa spravidla používajú ako snímače. To znamená, že sú to meniče, na ktoré priamo pôsobí určité merané množstvo. Ostatné zariadenia patria do strednej kategórie. Sú umiestnené v meracej infraštruktúre bezprostredne po prvej a môžu byť zodpovedné za veľké množstvo operácií súvisiacich s transformáciou. Aké druhy operácií môže urobiť konvertor signálu príslušného typu? K tým je zvyčajne zahrnúť:

- meranie fyzických ukazovateľov pre rôzne množstvá;

- Rôzne konverzie stupnice;

- transformácia digitálnych signálov na analógové signály a naopak;

funkčné transformácie.

Všimnite si, že takúto klasifikáciu je možné zvážiťpodmienené. To je primárne spôsobené tým, že niekoľko primárnych prevodníkov môže byť umiestnených v tom istom meracom prístroji. Ďalším dôvodom na zváženie vyššie uvedenej klasifikácie podmieneného - je, že v rôznych typoch infraštruktúry sa merania môžu vykonávať na odlišných princípoch.

Elektronické optické meniče

Ďalším populárnym v rôznych sférach hospodárstvatyp zariadenia - elektronový optický konvertor. Rovnako ako ostatné typy zariadení diskutované vyššie, môžu byť zastúpené v širokom rozsahu návrhov. Spoločný princíp operácie spája elektrónové optické konvertory: zahŕňa konverziu neviditeľného objektu - napríklad osvetleného infračerveným, ultrafialovým alebo napríklad rentgenovým lúčom do viditeľného spektra.

V tomto prípade zodpovedajúca operácia, spravidla,sa uskutočňuje v dvoch etapách. Najprv sa na fotokatóde prijme neviditeľné žiarenie, po ktorom sa transformuje na elektronické signály. Ktoré už v druhej fáze sú premenené na viditeľný obraz a zobrazené na obrazovke. V prípade počítačového monitora môže byť signál prekonvertovaný na digitálny kód.

Elektronické optické konvertory - riešenia,ktoré sú tradične klasifikované niekoľko generácií. Zariadenia súvisiace s prvým zariadením obsahujú sklenenú vákuovú banku. V nej je umiestnená fotokatóda a anóda. Medzi nimi vzniká potenciálny rozdiel. Keď sa na konvertor použije optimálne napätie, vo vnútri prevodníka sa vytvorí elektrónová šošovka, ktorá môže zaostriť elektrónové toky.

V druhej generácii sú prítomné meničezrýchlenie moduly elektrónov, čím sa zvyšuje, jas obrazu. V sa používajú prístroja tretej generácie materiálov, čo umožňuje zvýšenie citlivosti fotokatódy ako kľúčový prvok elektro-optický prevodník je viac ako 3 krát.

Vlastnosti odporových prevodníkov

Ďalším bežným typom zariadenia - odporovými konvertormi. Zvážte ich podrobnosti.

Tieto meniče sú prispôsobené na zmenu.vlastný elektrický odpor, ak je vystavený konkrétnej nameranej hodnote. Môžu tiež nastaviť uhlové a lineárne pohyby. Najčastejšie sú tieto konvertory zahrnuté v automatizačných systémoch so snímačmi tlaku, teploty, úrovne osvetlenia, meraním intenzity rôznych typov žiarenia. Hlavné výhody odporových prevodníkov:

- Spoľahlivosť;

- žiadna závislosť medzi presnosťou meraní a stabilitou napájacieho napätia.

Existuje veľké množstvo odrôd príslušných zariadení. Medzi najobľúbenejšie patria snímače teploty. Študujeme ich funkcie.

Odporové snímače teploty

Tieto prevodníky signálov majúktoré sú citlivé na zmeny teploty okolia. Ak stúpa, môže sa zvýšiť ich odpor. Tieto zariadenia sa vyznačujú predovšetkým veľmi vysokou presnosťou. V niektorých prípadoch umožňujú zmenu teploty s presnosťou v rozsahu od 0.026 stupňov Celzia. Tieto zariadenia obsahujú prvky vyrobené z platiny - v tomto prípade bude koeficient odporu nižší alebo medený.

Použitie odporových snímačov je charakterizovanéblízke nuansy. Treba preto poznamenať, že vyššia rýchlosť budiaceho prúdu aplikovaná na snímač zvyšuje jeho teplotnú citlivosť, ale zároveň zahrieva prvky príslušného meniča. To v mnohých prípadoch spôsobuje pokles presnosti. Preto sa odporúča zabezpečiť optimálny výkon budiaceho prúdu, berúc do úvahy špecifické podmienky merania. Výpočtom je napríklad napríklad tepelná vodivosť prostredia, v ktorom sa snímač používa - vzduch alebo voda. Odporúčané indikátory pre prúdy v teréne sú spravidla stanovené výrobcami senzorov príslušného typu. Môžu sa však výrazne meniť v závislosti od kovov použitých pri konštrukcii zariadenia. Okrem toho, pri použití príslušných snímačov je potrebné brať do úvahy takýto indikátor ako hraničnú hodnotu pre prevádzkový prúd. Obvykle to určuje aj výrobca.

Odporové snímače patria medzi najviacspoločné typy konvertorov v hospodárstve. To je z veľkej časti dôsledkom významných technologických výhod mnohých ich odrôd. Ak napríklad hovoríme o termistore, vyznačujú sa vysokou citlivosťou, kompaktnosťou, nízkou hmotnosťou. Na meranie teploty vzduchu v rôznych podmienkach možno použiť vhodné snímače. Ich výroba často neznamená významné náklady. Je pravda, že existujú termistory a nevýhody - v prvom rade je to vysoký stupeň nelinearity, vďaka čomu ich možno v praxi používať v pomerne úzkých teplotných rozsahoch.

Vhodné konvertory typu signálu(ich typy a účel možno určiť na základe rôznych klasifikačných kritérií) sa vo všeobecnosti používajú v každodennom živote. Napríklad je bežné zahrnúť teplotné snímače obsahujúce platinové a medené prvky v ich zložení:

- vykurovacej infraštruktúry - na meranie ukazovateľov teploty chladiacej kvapaliny v týchto alebo iných oblastiach zariadenia, ako aj v vyhrievanej miestnosti;

- práčky - na meranie teploty vody a jej prispôsobenie rôznym programom umývania;

- žehličky - podobne ako na zabezpečenie optimálnej teploty žehlenia v rámci konkrétneho režimu prevádzky;

- elektrických sporákov, ako aj iných typov zariadení na varenie jedla - takisto s cieľom zabezpečiť ich fungovanie pri aktivácii týchto alebo iných užívateľských režimov.

Rheostatové konvertory

Ďalším populárnym typom odporového zariadenia -konvertory reostatu. Ich princíp činnosti je založený na meraní elektrického odporu vodiča pod vplyvom vstupného posuvu. V praxi tento menič obsahuje prvky, ktoré sú prispôsobené na pohyb v dôsledku pôsobenia nameranej hodnoty. Najčastejšie sú príslušné zariadenia zahrnuté do deličov napätia alebo sa používajú ako súčasť meracích mostov.

Ak hovoríme o výhodách, ktoré charakterizujú reostatické meniče, potom tieto zahŕňajú:

- žiadne reakčné účinky na mobilné súčasti;

- vysoká účinnosť;

- malá veľkosť, možnosť použitia v infraštruktúre, pracujúca na priamom aj striedavom prúde.

Súčasne odporové meniče príslušného typu nie sú vždy spoľahlivé a v mnohých prípadoch si vyžadujú značné náklady pre podnik na zachovanie funkčnosti.