Nell'industria e nella vita di tutti i giorni, l'uso di vari tipi di convertitori di segnale è comune. Questi dispositivi possono essere presentati nella più ampia gamma di modifiche adattate per risolvere problemi in diverse aree dell'economia. Quali tipi di convertitori di segnale possono essere attribuiti ai più comuni? Quali potrebbero essere le caratteristiche del loro funzionamento?
Qual è lo scopo dei convertitori di segnale?
I convertitori di segnale sono dispositivi che possono davvero essere presentati nella più ampia gamma di soluzioni. Questo termine è in re altà collettivo e può riferirsi a apparecchiature utilizzate in diversi segmenti dell'economia e classificate secondo criteri completamente diversi. I principali tipi di segnali che i dispositivi in questione possono convertire sono:
- elettrico;
- suono;
- temperatura;
- natura tecnologica.
A seconda dei compiti che l'utente del convertitore di segnale deve affrontare, la struttura del dispositivo corrispondente può combinare moduli che elaborano diversi tipi di dati. La conversione, quindi, può essere effettuata nell'ambito di un tipo di segnale (ad esempio, da una frequenza all' altra) o essere un meccanismo che prevede la traduzione tra diverse categorie di segnali. Ad esempio, elettrico per suonare.
I dispositivi più comuni includono un convertitore di segnali da analogico a digitale (e viceversa, se previsto dalla struttura dei moduli interni del dispositivo). Considera le caratteristiche del suo lavoro.
Convertitore A/D
Il dispositivo in questione è progettato per convertire qualsiasi segnale analogico, ad esempio rappresentato da indicatori di tensione, in forma digitale (permettendo, ad esempio, di scrivere il segnale corrispondente su un file).
Uno dei criteri principali per l'efficienza del dispositivo in esame è la capacità dei dati in uscita. Il suo valore determina il rapporto segnale/rumore.
Un altro parametro significativo che caratterizza la qualità del funzionamento di un dispositivo come un convertitore analogico è la velocità di formazione del segnale di uscita. Tra quei dispositivi che forniscono le sue prestazioni ottimali ci sono quelli di tipo parallelo. Formano grandi flussi di segnale utilizzando il numero richiesto di pin. Questa caratteristica del funzionamento del dispositivo in molti casi predetermina lo sgancio dei corrispondenti convertitori, caratterizzati da grandi dimensioni. Inoltre, i convertitori di segnali analogici possono avere un livello di consumo energetico piuttosto elevato. Tuttavia, vista l'efficaciafunzionamento di questi dispositivi, le loro caratteristiche note spesso non sono considerate come carenze.
La conversione dei segnali da dispositivi analogici a dispositivi paralleli digitali è molto veloce. Per fornire una velocità ancora maggiore per il tipo di dispositivi corrispondente, puoi collegare più dispositivi, in modo che possano elaborare i flussi di segnale a turno.
Un' alternativa alle soluzioni parallele possono essere i convertitori di segnale di tipo seriale. Tendono ad essere meno produttivi ma più efficienti dal punto di vista energetico. Il loro utilizzo può essere condizionato nei casi in cui si tratta di garantire la trasmissione di segnali all'interno di un'infrastruttura a bassa capacità, o nel caso in cui non sia richiesto un tasso di conversione superiore a quello fornito dai dispositivi seriali.
Si può notare che esistono dispositivi di tipo misto che combinano le funzioni dei convertitori seriali e paralleli. In molti casi, sono la soluzione migliore in termini di rispetto dei criteri di costo e prestazioni.
Abbiamo notato sopra che i convertitori da analogico a digitale possono includere moduli che convertono i segnali digitali in segnali analogici. Esiste anche una categoria separata di dispositivi del tipo corrispondente. Studiamo le loro caratteristiche.
Convertitori da digitale ad analogico
Se l'utente ha, ad esempio, una TV per un segnale analogico, allora la suail funzionamento sarà possibile quando è collegata un'antenna adatta. O soggetto alla trasformazione dei segnali originali in analogici, che questo televisore può riconoscere. La loro fonte può, a sua volta, essere un'antenna digitale. O, in alternativa, un segnale ricevuto via Internet.
Il dispositivo in questione, quindi, converte un segnale contenente un codice digitale in corrente, tensione o carica, che viene trasferito a moduli analogici per l'elaborazione. I meccanismi specifici di questa trasformazione dipendono dal tipo di dati iniziali. Ad esempio, se stiamo parlando di suono, all'ingresso viene solitamente presentato in modulazione del codice di impulso. Se il file sorgente è compresso, è possibile utilizzare codec software speciali per convertire i segnali. A sua volta, l'antenna digitale trasmette solitamente il segnale per l'elaborazione con metodi hardware.
I dispositivi che includono i convertitori in questione possono essere integrati con moduli per vari scopi. Ad esempio, quando si fornisce la riproduzione di una trasmissione televisiva, è possibile utilizzare un amplificatore di segnale video in aggiunta ai moduli utilizzati dal convertitore. In molti casi, è necessario per garantire un'elevata qualità dell'immagine durante la conversione di un segnale analogico in digitale. Inoltre, viene utilizzato un amplificatore del segnale video se è necessario trasferire le immagini a una distanza considerevole.
La televisione non è l'unico ambito di applicazione attiva dei dispositivi in questione. I corrispondenti convertitori sono inclusi, ad esempio, nei lettori CD,che convertono anche il segnale digitale in analogico.
Trasduttori a ultrasuoni
La prossima categoria comune di dispositivi è il trasduttore ultrasonico. Si può notare che può essere rappresentato da dispositivi che hanno la più ampia gamma di applicazioni, nonché principi di funzionamento. Tra le varietà comuni di trasduttori ultrasonici c'è un'unità sommergibile, progettata per trasmettere ultrasuoni a una certa frequenza in acqua o altro mezzo liquido. Questo dispositivo può essere utilizzato, ad esempio, per pulire vari oggetti da contaminanti, come parte dei bagni utilizzati per la pulizia a ultrasuoni.
Ci sono altre aree di applicazione dei dispositivi considerati. Un trasduttore a ultrasuoni può essere utilizzato per controllare l'integrità di determinate strutture, connessioni, per verificare la presenza di danni a determinati oggetti.
Convertitori lineari e impulsivi
Considerate le caratteristiche dell'utilizzo dei convertitori, sarà utile prestare attenzione alla classificazione secondo la quale si dividono in lineari e impulsivi. In effetti, questi criteri riflettono i due principi più importanti per il funzionamento dei convertitori.
Quelli che sono lineari possono funzionare secondo il principio dei circuiti analogici, in cui i segnali convertiti si formano a un ritmo regolare. Il convertitore di impulsi assume una rappresentazione più attiva dei segnali sia in uscita che durante la loro elaborazione interna. Tuttavia, nel caso sequesta operazione viene eseguita solo nella fase interna di elaborazione del segnale, il dispositivo corrispondente può generare praticamente gli stessi indicatori del caso in cui si utilizzi un convertitore lineare. Pertanto, il concetto di elaborazione lineare o a impulsi può essere considerato solo nel contesto del principio di funzionamento dei componenti hardware chiave di un dispositivo del tipo corrispondente.
I convertitori di impulsi vengono utilizzati principalmente nei casi in cui si prevede che l'infrastruttura utilizzata elabori segnali ad alta potenza. Ciò è dovuto al fatto che l'efficienza dei dispositivi corrispondenti in questi casi è molto più elevata rispetto a quando vengono utilizzati per elaborare segnali di potenza inferiore. Un altro fattore nella scelta di queste soluzioni è l'uso di dispositivi trasformatori o condensatori come parte dell'infrastruttura utilizzata, con i quali i convertitori di impulsi hanno una compatibilità ottimale.
A sua volta, un convertitore lineare è un dispositivo utilizzato nell'ambito di un'infrastruttura in cui viene eseguita l'elaborazione del segnale a bassa potenza. Oppure se è necessario ridurre il rumore generato dal funzionamento del convertitore. Vale la pena notare che l'efficienza delle soluzioni in esame in un'infrastruttura ad alta potenza non è delle più eccezionali, pertanto questi dispositivi molto spesso emettono una quantità di calore maggiore rispetto ai convertitori di impulsi. Inoltre, anche il loro peso e le dimensioni sono notevolmente maggiori.
Ma, in un modo o nell' altro, in pratica, il funzionamento del convertitore secondo il principio dell'impulso può comportarela formazione della sua funzione di trasferimento in forma lineare. Pertanto, prima di implementare i condizionatori di segnale appropriati nell'infrastruttura, la loro struttura interna dovrebbe essere presa in considerazione per lo schema di elaborazione del segnale applicato.
Trasduttori di misura
Un' altra categoria comune di soluzioni sono i trasduttori. Quali sono le loro caratteristiche? Un trasduttore di misura è un dispositivo che può essere presentato anche in un gran numero di varietà. Ciò che unisce questi dispositivi è la loro capacità di misurare e trasformare determinate quantità.
È comune considerare lo schema di funzionamento dei dispositivi di misura del tipo corrispondente, in cui il segnale viene elaborato in più fasi. Per prima cosa il convertitore lo riceve, poi lo trasforma in un valore misurabile, quindi lo trasforma in energia utile. Ad esempio, se viene utilizzato un trasduttore di corrente di misura analogico, l'energia elettrica viene trasformata in energia meccanica.
Naturalmente, meccanismi specifici per l'applicazione di soluzioni appropriate possono essere presentati in una gamma estremamente ampia. È diffuso l'uso delle trasformazioni di misura a fini scientifici come parte dell'infrastruttura per condurre esperimenti e ricerche. Ciò che accomuna la maggior parte dei trasduttori di misura è la loro adattabilità, prima di tutto, a lavorare con l'uso di caratteristiche normalizzate durante l'elaborazione o la trasformazione di un segnale. PuòTenere presente che queste specifiche potrebbero non essere sempre destinate all'utente finale dell'inverter. La loro attivazione in molti casi avviene in modalità nascosta. Una persona, utilizzando opportuni convertitori di segnale, riceve in uscita solo il segnale richiesto, adattato per l'uso in vari scopi.
Quindi, queste soluzioni, di norma, non vengono utilizzate come tipi indipendenti di infrastruttura. Fanno parte di dispositivi più complessi, ad esempio i sistemi di automazione della misurazione in produzione. I trasduttori di misura sono spesso classificati in 2 gruppi principali: primari e intermedi. Sarà utile considerare i dettagli di entrambi.
Classificazione dei trasduttori di misura: soluzioni primarie e intermedie
I dispositivi appartenenti alla categoria dei primari, di norma, vengono utilizzati come sensori. Cioè, sono convertitori su cui agisce direttamente l'uno o l' altro valore misurato. I restanti dispositivi sono classificati come intermedi. Sono inseriti nell'infrastruttura di misura subito dopo i primi e possono essere responsabili di un gran numero di operazioni legate alla trasformazione. Quali operazioni specifiche possono essere eseguite da un convertitore di livello del segnale del tipo corrispondente? Questi sono comunemente indicati come:
- misurazione di indicatori fisici per varie grandezze;
- varie trasformazioni di scala;
- trasformazione dei segnali digitali in analogici e viceversa;
- trasformazioni funzionali.
Nota che è similela classificazione può essere considerata condizionata. Ciò è dovuto principalmente al fatto che più trasduttori primari possono essere collocati nello stesso strumento di misura. Un altro motivo per considerare condizionata la classificazione discussa sopra è che in diversi tipi di infrastruttura, le misurazioni possono essere eseguite secondo principi dissimili.
Tubi intensificatori
Un altro tipo di dispositivo popolare in vari settori dell'economia è un tubo intensificatore di immagini. Come altri tipi di dispositivi discussi sopra, può essere presentato in un'ampia gamma di design. I convertitori elettro-ottici sono accomunati da un principio di funzionamento comune: si tratta della conversione di un oggetto invisibile, ad esempio illuminato da infrarossi, ultravioletti o, ad esempio, raggi X, nello spettro visibile.
In questo caso, l'operazione corrispondente, di norma, viene eseguita in 2 fasi. Nella prima fase, la radiazione invisibile viene ricevuta da un fotocatodo, dopodiché viene trasformata in segnali elettronici. Che sono già al secondo stadio convertiti in un'immagine visibile e visualizzati sullo schermo. Se si tratta di un monitor di computer, il segnale può essere preconvertito in un codice digitale.
I tubi intensificatori sono soluzioni tradizionalmente classificate in diverse generazioni. I dispositivi relativi al primo includono un pallone sottovuoto di vetro. Contiene un fotocatodo e un anodo. Tra di loro si forma una differenza di potenziale. Quando si fa domanda perUn ottimo convertitore di tensione al suo interno forma una lente elettronica in grado di focalizzare i flussi di elettroni.
I trasduttori di seconda generazione hanno moduli di accelerazione degli elettroni, che si traducono in una maggiore luminosità dell'immagine. I dispositivi di terza generazione utilizzano materiali che consentono di aumentare di oltre 3 volte la sensibilità del fotocatodo come componente chiave del convertitore elettrone-ottico.
Caratteristiche dei trasduttori resistivi
Un altro tipo comune di dispositivo sono i trasduttori resistivi. Considera le loro caratteristiche in modo più dettagliato.
Questi trasduttori sono adattati per modificare la propria resistenza elettrica sotto l'influenza dell'una o dell' altra grandezza misurata. Possono anche correggere il movimento angolare e lineare. Molto spesso, questi convertitori sono inclusi nei sistemi di automazione con sensori di pressione, temperatura, livello di illuminazione e misurazione dell'intensità di vari tipi di radiazioni. Principali vantaggi dei trasduttori resistivi:
- affidabilità;
- nessuna relazione tra l'accuratezza delle misurazioni e la stabilità della tensione di alimentazione.
Ci sono un gran numero di varietà di dispositivi correlati. Tra i più popolari ci sono i sensori di temperatura. Studiamo le loro caratteristiche.
Sensori di temperatura resistivi
Questi convertitori di segnale hanno componenti sensibili alle variazioni della temperatura ambiente. Se aumenta, la loro resistenza potrebbe aumentare. Questi dispositivi sono caratterizzati principalmente da una precisione molto elevata. In alcuni casi, consentono di modificare la temperatura con una precisione di circa 0,026 gradi Celsius. Questi dispositivi contengono elementi in platino - in questo caso, il coefficiente di resistenza sarà inferiore, o rame.
L'uso di sensori resistivi è caratterizzato da una serie di sfumature. Quindi, va tenuto conto del fatto che valori più elevati della corrente di eccitazione fornita al sensore ne aumentano la sensibilità alla temperatura, ma, allo stesso tempo, riscaldano gli elementi del convertitore corrispondente. Questo in molti casi provoca una diminuzione della sua precisione. Pertanto, si raccomanda di garantire prestazioni ottimali della corrente di eccitazione, tenendo conto delle condizioni di misurazione specifiche. Il calcolo può prendere, ad esempio, la conducibilità termica del mezzo in cui viene utilizzato il sensore: aria o acqua. Di norma, gli indicatori consigliati per le correnti di eccitazione sono impostati dai produttori di sensori del tipo corrispondente. Tuttavia, possono variare in modo significativo a seconda dei metalli utilizzati nella progettazione dei dispositivi. Inoltre, quando si utilizzano i sensori in questione, è necessario tenere conto di un tale indicatore come valore limite per la corrente di esercizio. Di solito è determinato anche dal produttore.
I sensori resistivi sono tra i tipi più comuni di trasduttori in casa. Ciò è in gran parte dovuto ai significativi vantaggi tecnologici di molte delle loro varietà. Ad esempio, separliamo di termistori: sono caratterizzati da alta sensibilità, compattezza, peso ridotto. Il tipo appropriato di sensori può essere utilizzato per misurare la temperatura dell'aria in varie condizioni. La loro produzione il più delle volte non comporta costi significativi. È vero, i termistori hanno anche degli svantaggi: prima di tutto, questo è un alto grado di non linearità, per cui possono essere utilizzati nella pratica in intervalli di temperatura abbastanza ristretti.
Il tipo corrispondente di convertitori di segnale (il loro tipo e scopo possono essere determinati sulla base di diversi criteri di classificazione) sono ampiamente utilizzati nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, è comune includere nella loro composizione sensori di temperatura contenenti elementi in platino e rame:
- infrastrutture di riscaldamento - per misurare la temperatura del liquido di raffreddamento in alcune parti dell'apparecchiatura, nonché nella stanza riscaldata;
- lavatrici - per misurare la temperatura dell'acqua e adattarla ai vari programmi di lavaggio;
- ferri da stiro - allo stesso modo per garantire la temperatura di stiratura ottimale all'interno di una particolare modalità di funzionamento;
- fornelli elettrici, oltre ad altri tipi di apparecchiature per cucinare - anche per garantirne il funzionamento quando vengono attivate determinate modalità utente.
Convertitori reostati
Un altro tipo popolare di dispositivi resistivi sono i convertitori reostati. Il loro principio di funzionamento si basa sulla misurazione della resistenza elettricadell'uno o dell' altro conduttore sotto l'influenza dello spostamento in ingresso. In pratica, questo trasduttore include elementi che sono atti a muoversi a causa dell'influenza del valore misurato. Molto spesso, i dispositivi in questione sono inclusi nei divisori di tensione o utilizzati come elemento integrante dei ponti di misura.
Se parliamo dei vantaggi che caratterizzano i convertitori reostati, questi includono:
- nessun effetto reattivo sui componenti in movimento;
- alta efficienza;
- dimensioni ridotte, possibilità di utilizzo in infrastrutture operanti sia in corrente continua che alternata.
Allo stesso tempo, i convertitori resistivi del tipo corrispondente non sono sempre affidabili e in molti casi richiedono risorse significative da parte dell'azienda per mantenere la funzionalità.
