Tööstuses ja igapäevaelus on erinevat tüüpi signaalimuundurite kasutamine tavaline. Neid seadmeid saab esitada kõige laiemas valikus modifikatsioonides, mis on kohandatud erinevate majandusvaldkondade probleemide lahendamiseks. Milliseid signaalimuundurite tüüpe saab omistada kõige levinuimatele? Millised võiksid olla nende töö omadused?
Mis on signaalimuundurite eesmärk?
Signaalimuundurid on seadmed, mida saab tõesti esitleda kõige laiemas valikus lahendusi. See termin on tegelikult kollektiivne ja võib viidata seadmetele, mida kasutatakse erinevates majandussegmentides ja mis on klassifitseeritud täiesti erinevate kriteeriumide järgi. Peamised signaalitüübid, mida kõnealused seadmed saavad teisendada, on järgmised:
- elektriline;
- heli;
- temperatuur;
- tehnoloogiline iseloom.
Sõltuv alt ülesannetest, millega signaalimuunduri kasutaja silmitsi seisab, saab vastava seadme struktuur kombineerida mitut erinevat tüüpi andmeid töötlevaid mooduleid. Seetõttu saab teisendada ühte tüüpi signaali raames (näiteks ühelt sageduselt teisele) või olla mehhanism, mis hõlmab translatsiooni erinevate signaalikategooriate vahel. Näiteks elektriline heliks.
Kõige tavalisemate seadmete hulka kuulub analoogsignaalide muundur digitaalseks (ja vastupidi, kui see on ette nähtud seadme sisemoodulite struktuuriga). Mõelge tema töö eripäradele.
A/D-muundur
Kõnealune seade on loodud mis tahes analoogsignaali (näiteks pingeindikaatoritega kujutatud) teisendamiseks digitaalseks (võimaldab näiteks vastava signaali faili kirjutada).
Üks vaadeldava seadme efektiivsuse põhikriteeriume on väljundandmete maht. Selle väärtus määrab signaali-müra suhte.
Teine oluline parameeter, mis iseloomustab sellise seadme kui analoogmuunduri töökvaliteeti, on väljundsignaali moodustumise kiirus. Nende seadmete hulgas, mis tagavad selle optimaalse jõudluse, on need, mis on paralleelset tüüpi. Need moodustavad suuri signaalivoogusid, kasutades selleks vajalikku arvu kontakte. See seadme toimimise omadus määrab paljudel juhtudel ette vastavate muundurite vabastamise, mida iseloomustavad suured mõõtmed. Lisaks võib analoogsignaali muunduritel olla üsna kõrge energiatarve. Arvestades aga tõhusustnende seadmete töös ei peeta nende märgitud funktsioone sageli puudusteks.
Signaalide teisendamine analoogseadmetest digitaalseteks paralleelseadmeteks on väga kiire. Vastavat tüüpi seadmete jaoks veelgi suurema kiiruse tagamiseks saate ühendada mitu seadet, et need saaksid signaalivooge kordamööda töödelda.
Paralleellahenduste alternatiiviks võivad olla jadatüüpi signaalimuundurid. Need kipuvad olema vähem tootlikud, kuid energiatõhusamad. Nende kasutamine võib olla tingimuslik juhtudel, kui on vaja tagada signaalide edastamine väikese läbilaskevõimega infrastruktuuris või juhul, kui ei nõuta jadaseadmete pakutavast kõrgemat konversioonimäära.
Võib märkida, et on segatüüpi seadmeid, mis ühendavad jada- ja paralleelmuundurite funktsioonid. Paljudel juhtudel on need kulude ja toimivuskriteeriumide täitmise seisukoh alt parim lahendus.
Eespool märkisime, et analoog-digitaalmuundurid võivad sisaldada mooduleid, mis teisendavad digitaalsignaalid analoogsignaalideks. Samuti on eraldi kategooria vastavat tüüpi seadmeid. Uurime nende omadusi.
Digitaal-analoogmuundurid
Kui kasutajal on näiteks teler analoogsignaali jaoks, siis tematoimimine on võimalik, kui on ühendatud sobiv antenn. Või sõltuvad algsete signaalide muutmisest analoogsignaaliks, mida see teler suudab ära tunda. Nende allikaks võib omakorda olla digitaalne antenn. Või alternatiivina Interneti kaudu vastuvõetud signaal.
Seetõttu teisendab kõnealune seade digitaalset koodi sisaldava signaali vooluks, pingeks või laenguks, mis edastatakse töötlemiseks analoogmoodulitele. Selle teisenduse spetsiifilised mehhanismid sõltuvad algandmete tüübist. Näiteks kui me räägime helist, siis sisendis esitatakse see tavaliselt impulsskoodi modulatsioonis. Kui lähtefail on tihendatud, saab signaalide teisendamiseks kasutada spetsiaalseid tarkvarakoodekeid. Digiantenn omakorda edastab signaali tavaliselt riistvaraliste meetoditega töötlemiseks.
Seadmeid, mis sisaldavad kõnealuseid muundureid, saab täiendada erinevatel eesmärkidel kasutatavate moodulitega. Näiteks telesaadete taasesitamisel saab lisaks konverteris kasutatavatele moodulitele kasutada ka videosignaali võimendit. Paljudel juhtudel on see vajalik kõrge pildikvaliteedi tagamiseks analoogsignaali digitaalseks teisendamisel. Samuti kasutatakse videosignaali võimendit, kui teil on vaja pilte üle kanda suure vahemaa tagant.
Televisioon ei ole kõnealuste seadmete ainus aktiivse rakenduse valdkond. Vastavad muundurid sisalduvad näiteks CD-mängijates,mis muudavad ka digitaalsignaali analoogiks.
Ultraheli muundurid
Järgmine levinud seadmete kategooria on ultraheliandur. Võib märkida, et seda saab esindada seadmetega, millel on kõige laiem valik rakendusi ja ka tööpõhimõtteid. Ultrahelimuundurite levinumate sortide hulgas on sukelaparaat, mis on ette nähtud ultraheli edastamiseks teatud sagedusega vette või muusse vedelasse keskkonda. Seda seadet saab kasutada näiteks erinevate esemete puhastamiseks saasteainetest – osana ultrahelipuhastuseks kasutatavatest vannidest.
Vaatatavatel seadmetel on ka teisi rakendusvaldkondi. Ultraheliandurit saab kasutada teatud struktuuride, ühenduste terviklikkuse kontrollimiseks, teatud objektide kahjustuste kontrollimiseks.
Lineaar- ja impulssmuundurid
Arvestades muundurite kasutamise iseärasusi, on kasulik pöörata tähelepanu klassifikatsioonile, mille järgi need jagunevad lineaarseks ja impulssiks. Tegelikult peegeldavad need kriteeriumid muundurite töö kahte kõige olulisemat põhimõtet.
Need, kes on lineaarsed, võivad töötada analooglülituse põhimõttel, kus teisendatud signaalid moodustuvad sujuv alt. Impulssmuundur eeldab signaalide aktiivsemat esitust nii väljundis kui ka nende sisemise töötlemise ajal. Siiski juhul, kuiseda toimingut tehakse ainult signaalitöötluse sisemises etapis, vastav seade suudab genereerida praktiliselt samu indikaatoreid kui lineaarmuunduri kasutamisel. Seega saab lineaarse või impulsstöötluse kontseptsiooni käsitleda ainult vastavat tüüpi seadme peamiste riistvarakomponentide tööpõhimõtte kontekstis.
Impulssmuundureid kasutatakse peamiselt juhtudel, kui kasutatav infrastruktuur eeldab suure võimsusega signaalide töötlemist. See on tingitud asjaolust, et vastavate seadmete efektiivsus on sellistel juhtudel palju suurem kui siis, kui neid kasutatakse väiksema võimsusega signaalide töötlemiseks. Teine tegur nende lahenduste valimisel on trafo- või kondensaatorseadmete kasutamine kasutatava infrastruktuuri osana, millega impulssmuundurid on optimaalselt ühilduvad.
Lineaarmuundur on omakorda seade, mida kasutatakse infrastruktuuri raames, milles teostatakse väikese võimsusega signaalitöötlust. Või kui on vajadus vähendada muunduri tööst tulenevat müra. Väärib märkimist, et suure võimsusega taristu puhul ei ole vaadeldavate lahenduste kasutegur just kõige silmapaistvam, mistõttu kiirgavad need seadmed enamasti rohkem soojust kui impulssmuundurid. Lisaks on nende kaal ja mõõtmed ka oluliselt suuremad.
Aga praktikas võib muunduri impulsipõhimõttel töötamine ühel või teisel viisil hõlmataselle ülekandefunktsiooni moodustamine lineaarsel kujul. Seetõttu tuleks enne asjakohaste signaaliregulaatorite infrastruktuuri juurutamist kaaluda nende sisemist struktuuri rakendatava signaalitöötlusskeemi jaoks.
Mõõteandurid
Teine levinud lahenduste kategooria on muundurid. Millised on nende omadused? Mõõteandur on seade, mida saab esitada ka suurel hulgal. Neid seadmeid ühendab nende võime mõõta ja teisendada teatud koguseid.
Tavapäraselt vaadeldakse vastavat tüüpi mõõteseadmete tööskeemi, milles signaali töödeldakse mitmes etapis. Esiteks võtab muundur selle vastu, seejärel muundab selle mõõdetavaks väärtuseks, seejärel muundab selle kasulikuks energiaks. Näiteks kui kasutatakse analoogmõõtevoolumuundurit, muundatakse elektrienergia mehaaniliseks energiaks.
Loomulikult saab konkreetseid mehhanisme sobivate lahenduste rakendamiseks esitada äärmiselt laias valikus. Mõõteteisenduste kasutamine teaduslikel eesmärkidel eksperimentide ja uuringute läbiviimise infrastruktuuri osana on lai alt levinud. Enamikku mõõtemuundureid ühendab nende kohanemisvõime, ennekõike töötamiseks normaliseeritud karakteristikute kasutamisega signaali töötlemisel või muundamisel. SaabPange tähele, et need tehnilised andmed ei pruugi alati olla mõeldud muunduri lõppkasutajale. Nende aktiveerimine toimub paljudel juhtudel varjatud režiimis. Inimene saab sobivaid signaalimuundureid kasutades väljundist ainult vajaliku signaali, mis on kohandatud kasutamiseks erinevatel eesmärkidel.
Seega ei kasutata neid lahendusi reeglina iseseisvate infrastruktuuritüüpidena. Need on osa keerulisematest seadmetest – näiteks tootmises olevatest mõõtmisautomaatikasüsteemidest. Mõõtemuundurid liigitatakse enamasti kahte põhirühma - esmased ja vahepealsed. Kasulik on arvestada mõlema eripäraga.
Mõõtemuundurite klassifikatsioon: esmased ja vahelahendused
Anduritena kasutatakse reeglina primaarsete kategooriasse kuuluvaid seadmeid. See tähendab, et need on muundurid, millel üks või teine mõõdetud väärtus mõjutab otseselt. Ülejäänud seadmed klassifitseeritakse vahepealseteks. Need paigutatakse mõõtmiste infrastruktuuri kohe pärast esimesi ja võivad vastutada suure hulga teisendusega seotud toimingute eest. Milliseid konkreetseid toiminguid saab teha vastavat tüüpi signaalitaseme muundur? Neid nimetatakse tavaliselt:
- erinevate suuruste füüsiliste näitajate mõõtmine;
- erinevad skaala teisendused;
- digitaalsete signaalide teisendamine analoogiks ja vastupidi;
- funktsionaalsed teisendused.
Pange tähele, et sarnaneklassifitseerimist võib pidada tingimuslikuks. Selle põhjuseks on eelkõige asjaolu, et samas mõõteriistas võib asuda mitu primaarset andurit. Teine põhjus, miks pidada ülalkirjeldatud klassifikatsiooni tingimuslikuks, on see, et erinevat tüüpi infrastruktuurides saab mõõtmisi läbi viia erinevatel põhimõtetel.
Tugevdustorud
Teine erinevates majandussektorites populaarne seade on pildivõimendustoru. Seda, nagu ka teist tüüpi eespool käsitletud seadmeid, saab esitada laias valikus kujunduses. Elektron-optilisi muundureid ühendab ühine tööpõhimõte: see hõlmab nähtamatu objekti – näiteks infrapuna-, ultraviolett- või näiteks röntgenikiirgusega valgustatud – muundamist nähtavaks spektriks.
Sel juhul tehakse vastav toiming reeglina kahes etapis. Esimeses etapis võtab nähtamatu kiirgus vastu fotokatoodi, misjärel see muundatakse elektroonilisteks signaalideks. Mis on juba teises etapis muudetud nähtavaks pildiks ja kuvatud ekraanile. Kui tegemist on arvutimonitoriga, saab signaali eelnev alt digitaalseks koodiks teisendada.
Intensifier torud on lahendused, mida traditsiooniliselt liigitatakse mitmesse põlvkonda. Esimesega seotud seadmete hulgas on klaasvaakumkolb. See sisaldab fotokatoodi ja anoodi. Nende vahel moodustub potentsiaalide erinevus. TaotlemiselSelle sees olev optimaalne pingemuundur moodustab elektroonilise läätse, mis suudab fokusseerida elektronide vooge.
Teise põlvkonna anduritel on elektronkiirenduse moodulid, mille tulemuseks on suurem pildi heledus. Kolmanda põlvkonna seadmed kasutavad materjale, mis võimaldavad suurendada fotokatoodi kui elektron-optilise muunduri põhikomponendi tundlikkust rohkem kui 3 korda.
Takistlike andurite omadused
Teine levinud seadmete tüüp on takistusandurid. Mõelge nende funktsioonidele üksikasjalikum alt.
Need muundurid on kohandatud muutma oma elektritakistust ühe või teise mõõdetud suuruse mõjul. Samuti saavad nad korrigeerida nurk- ja lineaarset liikumist. Enamasti kuuluvad need muundurid automaatikasüsteemidesse rõhu, temperatuuri, valgustuse taseme ja erinevat tüüpi kiirguse intensiivsuse mõõtmise anduritega. Takistusandurite peamised eelised:
- töökindlus;
- pole seost mõõtmiste täpsuse ja toitepinge stabiilsuse vahel.
Seotud seadmeid on palju erinevaid. Kõige populaarsemate hulgas on temperatuuriandurid. Uurime nende omadusi.
Takistlikud temperatuuriandurid
Nendel signaalimuunduritel on komponendid, mis on tundlikud ümbritseva õhu temperatuuri muutuste suhtes. Kui see tõuseb, võib nende vastupanu suureneda. Neid seadmeid iseloomustab eelkõige väga kõrge täpsus. Mõnel juhul võimaldavad need temperatuuri muuta umbes 0,026 kraadi Celsiuse järgi. Need seadmed sisaldavad plaatina elemente – sel juhul on takistustegur madalam ehk vasest.
Takistlike andurite kasutamist iseloomustavad mitmed nüansid. Seega tuleb arvestada, et andurile antava ergutusvoolu suuremad väärtused suurendavad selle temperatuuritundlikkust, kuid samal ajal soojendavad vastava muunduri elemente. See põhjustab paljudel juhtudel selle täpsuse vähenemist. Seetõttu on soovitatav tagada ergutusvoolu optimaalne jõudlus, võttes arvesse konkreetseid mõõtmistingimusi. Arvutamiseks võib võtta näiteks andurit kasutava keskkonna – õhu või vee – soojusjuhtivuse. Reeglina määravad ergutusvoolude soovitatavad indikaatorid vastavat tüüpi andurite tootjad. Need võivad aga oluliselt erineda olenev alt seadmete projekteerimisel kasutatud metallidest. Lisaks tuleb kõnealuste andurite kasutamisel arvestada sellise indikaatoriga nagu töövoolu piirväärtus. Tavaliselt määrab selle ka tootja.
Takistusandurid on majapidamises ühed levinumad muunduritüübid. See on suuresti tingitud paljude nende sortide olulistest tehnoloogilistest eelistest. Näiteks kuiräägi termistoridest - neid iseloomustab kõrge tundlikkus, kompaktsus, väike kaal. Sobivat tüüpi andureid saab kasutada õhutemperatuuri mõõtmiseks erinevates tingimustes. Nende tootmine ei too enamasti kaasa olulisi kulutusi. Tõsi, termistoritel on ka puudusi – esiteks on tegemist suure mittelineaarsusega, mille tulemusena saab neid praktikas kasutada üsna kitsastes temperatuurivahemikes.
Igapäevaelus kasutatakse laialdaselt vastavat tüüpi signaalimuundureid (nende tüübid ja otstarve saab määrata erinevate klassifitseerimiskriteeriumide alusel). Näiteks on tavaline lisada nende koostisesse plaatina- ja vaseelemente sisaldavaid temperatuuriandureid:
- kütteinfrastruktuur - jahutusvedeliku temperatuuri mõõtmiseks seadmete teatud osades, aga ka köetavas ruumis;
- pesumasinad - vee temperatuuri mõõtmiseks ja selle kohandamiseks erinevatele pesuprogrammidele;
- triikrauad – samamoodi optimaalse triikimistemperatuuri tagamiseks teatud töörežiimis;
- elektripliidid, samuti muud tüüpi toiduvalmistamise seadmed - ka selleks, et tagada nende toimimine teatud kasutajarežiimide aktiveerimisel.
Reostaatmuundurid
Teine populaarne takistuslike seadmete tüüp on reostaatmuundurid. Nende tööpõhimõte põhineb elektritakistuse mõõtmiselühe või teise juhi sisendnihke mõjul. Praktikas sisaldab see andur elemente, mis on kohandatud liikuma mõõdetud väärtuse mõjul. Kõige sagedamini sisalduvad kõnealused seadmed pingejaoturites või kasutatakse neid mõõtesillade lahutamatu elemendina.
Kui räägime eelistest, mis reostaatmuundureid iseloomustavad, siis nende hulka kuuluvad:
- ei reageeri liikuvatele komponentidele;
- kõrge efektiivsus;
- väikesed mõõtmed, võimalus kasutada nii alalis- kui ka vahelduvvoolul töötavas infrastruktuuris.
Samas ei ole vastavat tüüpi takistusmuundurid alati töökindlad ja nõuavad paljudel juhtudel ettevõttelt olulisi ressursse funktsionaalsuse säilitamiseks.
