V průmyslu i v každodenním životě je běžné používání různých typů převodníků signálu. Tato zařízení mohou být prezentována v nejširším spektru modifikací přizpůsobených pro řešení problémů v různých oblastech ekonomiky. Jaké typy převodníků signálu lze přiřadit k nejběžnějším? Jaké by mohly být vlastnosti jejich provozu?
Jaký je účel převodníků signálu?
Převodníky signálu jsou zařízení, která lze skutečně prezentovat v nejširším spektru řešení. Tento termín je ve skutečnosti společný a může se vztahovat na zařízení používaná v různých segmentech ekonomiky a klasifikovaná podle zcela odlišných kritérií. Hlavní typy signálů, které mohou dotyčná zařízení převést, jsou:
- elektrické;
- zvuk;
- teplota;
- technologická povaha.
V závislosti na úkolech, kterým uživatel převodníku signálu čelí, může struktura odpovídajícího zařízení kombinovat moduly, které zpracovávají několik různých typů dat. Konverze proto může být prováděna v rámci jednoho typu signálu (například z jedné frekvence na druhou) nebo může být mechanismem, který zahrnuje translaci mezi různými kategoriemi signálů. Například elektrický zvuk.
Mezi nejběžnější zařízení patří převodník analogových signálů na digitální (a naopak, pokud to umožňuje struktura vnitřních modulů zařízení). Zvažte rysy jeho práce.
A/D převodník
Dotyčné zařízení je navrženo tak, aby převádělo jakýkoli analogový signál – např. reprezentovaný indikátory napětí, do digitální podoby (umožňující např. zápis odpovídajícího signálu do souboru).
Jedním z hlavních kritérií účinnosti uvažovaného zařízení je výstupní datová kapacita. Jeho hodnota určuje poměr signálu k šumu.
Dalším významným parametrem, který charakterizuje kvalitu provozu takového zařízení, jako je analogový převodník, je rychlost tvorby výstupního signálu. Mezi zařízení, která poskytují jeho optimální výkon, patří zařízení paralelního typu. Tvoří velké toky signálů pomocí potřebného počtu pinů. Tato vlastnost fungování zařízení v mnoha případech předurčuje uvolnění odpovídajících měničů, vyznačujících se velkými rozměry. Kromě toho mohou mít převodníky analogového signálu poměrně vysokou spotřebu energie. Nicméně vzhledem k účinnostiprovoz těchto zařízení, jejich vlastnosti nejsou často považovány za nedostatky.
Konverze signálů z analogových na digitální paralelní zařízení je velmi rychlá. Chcete-li poskytnout ještě vyšší rychlost pro odpovídající typ zařízení, můžete připojit několik zařízení, aby mohla postupně zpracovávat toky signálu.
Alternativou k paralelním řešením mohou být převodníky signálu sériového typu. Mají tendenci být méně produktivní, ale energeticky účinnější. Jejich použití může být podmíněno v případech, kdy se jedná o zajištění přenosu signálů v rámci nízkokapacitní infrastruktury, nebo v případě, kdy není vyžadován vyšší konverzní poměr, než jaký poskytují sériová zařízení.
Je možné poznamenat, že existují zařízení smíšeného typu, která kombinují funkce sériových a paralelních převodníků. V mnoha případech jsou nejlepším řešením, pokud jde o splnění kritérií nákladů a výkonu.
Výše jsme poznamenali, že analogově-digitální převodníky mohou obsahovat moduly, které převádějí digitální signály na analogové. Existuje také samostatná kategorie zařízení odpovídajícího typu. Pojďme studovat jejich vlastnosti.
Digitálně-analogové převodníky
Pokud má uživatel např. TV pro analogový signál, tak jehoprovoz bude možný po připojení vhodné antény. Nebo podléhá transformaci původních signálů na analogové, které tento televizor dokáže rozpoznat. Jejich zdrojem může být zase digitální anténa. Nebo případně signál přijatý přes internet.
Dotyčné zařízení tedy převádí signál obsahující digitální kód na proud, napětí nebo náboj, který je přenášen do analogových modulů ke zpracování. Konkrétní mechanismy této transformace závisí na typu výchozích dat. Například, pokud mluvíme o zvuku, pak na vstupu je obvykle prezentován v pulzní kódové modulaci. Pokud je zdrojový soubor komprimován, lze ke konverzi signálů použít speciální softwarové kodeky. Digitální anténa zase obvykle vysílá signál pro zpracování hardwarovými metodami.
Zařízení, která obsahují příslušné převodníky, lze doplnit moduly pro různé účely. Například při poskytování přehrávání televizního vysílání lze kromě těch modulů, které používá převodník, použít zesilovač videosignálu. V mnoha případech je to nezbytné pro zajištění vysoké kvality obrazu při převodu analogového signálu na digitální. Pokud potřebujete přenášet obrázky na značnou vzdálenost, používá se také zesilovač video signálu.
Televize není jedinou oblastí aktivního použití příslušných zařízení. Odpovídající převodníky jsou obsaženy například v CD přehrávačích,které také převádějí digitální signál na analogový.
Ultrazvukové měniče
Další běžnou kategorií zařízení je ultrazvukový měnič. Lze poznamenat, že to mohou být zařízení, která mají nejširší rozsah aplikací, stejně jako provozní principy. Mezi běžné druhy ultrazvukových měničů patří ponorná jednotka, která je navržena pro přenos ultrazvuku při určité frekvenci do vody nebo jiného kapalného média. Toto zařízení lze použít např. k čištění různých předmětů od nečistot - jako součást koupelí používaných k čištění ultrazvukem.
Existují další oblasti použití uvažovaných zařízení. Ultrazvukový snímač lze použít ke kontrole integrity určitých struktur, spojení, ke kontrole poškození určitých objektů.
Lineární a pulzní převodníky
Vzhledem k vlastnostem použití převodníků bude užitečné věnovat pozornost klasifikaci, podle které se dělí na lineární a pulzní. Ve skutečnosti tato kritéria odrážejí dva nejdůležitější principy pro provoz konvertorů.
Ty, které jsou lineární, mohou pracovat na principu analogových obvodů, ve kterých se konvertované signály tvoří plynulým tempem. Pulzní převodník předpokládá aktivnější reprezentaci signálů jak na výstupu, tak při jejich vnitřním zpracování. Nicméně v případě, kdybytato operace se provádí pouze ve vnitřní fázi zpracování signálu, příslušné zařízení může generovat prakticky stejné indikátory jako v případě použití lineárního převodníku. Koncept lineárního nebo pulzního zpracování lze tedy uvažovat pouze v kontextu principu fungování klíčových hardwarových komponent zařízení odpovídajícího typu.
Pulsní převodníky se používají hlavně v případech, kdy se očekává, že použitá infrastruktura bude zpracovávat signály s vysokým výkonem. To je způsobeno skutečností, že účinnost odpovídajících zařízení je v takových případech mnohem vyšší, než když se používají ke zpracování signálů s nižším výkonem. Dalším faktorem při volbě těchto řešení je použití transformátorových nebo kondenzátorových zařízení jako součásti použité infrastruktury, se kterými mají pulzní měniče optimální kompatibilitu.
Lineární převodník je zase zařízení, které se používá v rámci infrastruktury, ve které se provádí nízkoenergetické zpracování signálu. Nebo pokud je potřeba snížit hluk vznikající při provozu převodníku. Stojí za zmínku, že účinnost uvažovaných řešení ve vysokovýkonné infrastruktuře není nejvýraznější, proto tato zařízení nejčastěji vydávají větší množství tepla než pulzní měniče. Navíc jejich hmotnost a rozměry jsou také výrazně větší.
Ale tak či onak může v praxi provoz převodníku podle pulzního principu zahrnovatvznik její přenosové funkce v lineární podobě. Proto před implementací vhodných kondicionérů signálu do infrastruktury by měla být zvážena jejich vnitřní struktura pro použité schéma zpracování signálu.
Měřicí převodníky
Další běžnou kategorií řešení jsou převodníky. Jaké jsou jejich vlastnosti? Měřicí převodník je zařízení, které může být také prezentováno ve velkém množství variant. Tato zařízení spojuje jejich schopnost měřit a transformovat určité veličiny.
Je běžné uvažovat o pracovním schématu měřicích zařízení odpovídajícího typu, ve kterých je signál zpracováván v několika stupních. Nejprve ji převodník přijme, poté ji převede na hodnotu, kterou lze měřit, a poté ji přemění na nějakou užitečnou energii. Pokud se například použije analogový měřicí proudový převodník, elektrická energie se přemění na mechanickou energii.
Samozřejmě, že konkrétní mechanismy pro aplikaci vhodných řešení mohou být prezentovány v extrémně širokém rozsahu. Rozšířené je využití transformací měření pro vědecké účely jako součásti infrastruktury pro provádění experimentů a výzkumu. Většinu měřicích převodníků spojuje především jejich adaptabilita na práci s využitím normalizovaných charakteristik při zpracování nebo transformaci signálu. UmětPamatujte, že tyto specifikace nemusí být vždy určeny pro koncového uživatele střídače. Jejich aktivace se v mnoha případech provádí ve skrytém režimu. Osoba pomocí příslušných převodníků signálu přijímá na výstupu pouze požadovaný signál, přizpůsobený pro použití v různých účelech.
Tato řešení se tedy zpravidla nepoužívají jako nezávislé typy infrastruktury. Jsou součástí složitějších zařízení – například systémů automatizace měření ve výrobě. Měřicí převodníky se nejčastěji dělí do 2 hlavních skupin – primární a mezilehlé. Bude užitečné zvážit specifika obou.
Klasifikace měřicích převodníků: primární a mezilehlá řešení
Jako senzory se zpravidla používají zařízení patřící do kategorie primárních. To znamená, že jsou to převodníky, na které přímo působí ta či ona měřená hodnota. Zbývající zařízení jsou klasifikována jako střední. Jsou umístěny v měřicí infrastruktuře hned po prvních a mohou být zodpovědné za velké množství operací souvisejících s transformací. Jaké konkrétní operace může provádět převodník úrovně signálu odpovídajícího typu? Ty jsou běžně označovány jako:
- měření fyzikálních ukazatelů pro různé veličiny;
- různé transformace měřítka;
- transformace digitálních signálů na analogové a naopak;
- funkční transformace.
Všimněte si, že podobnéklasifikaci lze považovat za podmíněnou. To je způsobeno především skutečností, že několik primárních převodníků může být umístěno ve stejném měřicím přístroji. Dalším důvodem, proč považovat výše uvedenou klasifikaci za podmíněnou, je to, že v různých typech infrastruktury lze měření provádět podle odlišných principů.
Intenzifikační trubice
Dalším typem zařízení oblíbeným v různých odvětvích ekonomiky je trubice zesilovače obrazu. Stejně jako jiné typy zařízení diskutovaných výše může být prezentován v široké škále provedení. Elektronově-optické konvertory spojuje společný princip činnosti: jedná se o přeměnu neviditelného předmětu - například osvětleného infračerveným, ultrafialovým nebo například rentgenovým zářením, na viditelné spektrum.
V tomto případě se odpovídající operace zpravidla provádí ve 2 fázích. V první fázi je neviditelné záření přijímáno fotokatodou, poté je transformováno na elektronické signály. Které jsou již ve druhé fázi převedeny do viditelného obrazu a zobrazeny na obrazovce. Pokud se jedná o počítačový monitor, pak lze signál předem převést na digitální kód.
Intenzifikační trubice jsou řešení, která se tradičně rozdělují do několika generací. Zařízení související s prvním zahrnují skleněnou vakuovou baňku. Obsahuje fotokatodu a anodu. Mezi nimi vzniká potenciální rozdíl. Při žádosti oOptimální měnič napětí uvnitř tvoří elektronickou čočku schopnou zaostřovat toky elektronů.
Snímače druhé generace mají moduly pro urychlení elektronů, což vede ke zvýšení jasu obrazu. Zařízení třetí generace využívají materiály, které umožňují zvýšit citlivost fotokatody jako klíčové součásti elektronově-optického převodníku více než 3krát.
Vlastnosti odporových převodníků
Dalším běžným typem zařízení jsou odporové převodníky. Zvažte jejich vlastnosti podrobněji.
Tyto převodníky jsou uzpůsobeny ke změně vlastního elektrického odporu vlivem té či oné měřené veličiny. Mohou také korigovat úhlový a lineární pohyb. Nejčastěji jsou tyto převodníky součástí automatizačních systémů se snímači tlaku, teploty, úrovně osvětlení a měření intenzity různých druhů záření. Hlavní výhody odporových měničů:
- spolehlivost;
- žádný vztah mezi přesností měření a stabilitou napájecího napětí.
Existuje velké množství různých souvisejících zařízení. Mezi nejoblíbenější patří teplotní čidla. Pojďme studovat jejich vlastnosti.
Odporové teplotní senzory
Tyto převodníky signálu mají součásti, které jsou citlivé na změny okolní teploty. Pokud stoupne, pak se jejich odpor může zvýšit. Tato zařízení se vyznačují především velmi vysokou přesností. V některých případech umožňují změnu teploty s přesností asi 0,026 stupně Celsia. Tato zařízení obsahují prvky vyrobené z platiny - v tomto případě bude koeficient odporu nižší, nebo mědi.
Použití odporových senzorů se vyznačuje řadou nuancí. Je tedy třeba vzít v úvahu, že vyšší hodnoty budícího proudu dodávaného do snímače zvyšují jeho teplotní citlivost, ale zároveň zahřívají prvky odpovídajícího převodníku. To v mnoha případech způsobuje snížení jeho přesnosti. Proto se doporučuje zajistit optimální výkon budicího proudu s přihlédnutím ke konkrétním podmínkám měření. Výpočet může vzít například tepelnou vodivost média, ve kterém je senzor použit – vzduchu nebo vody. Doporučené indikátory pro budicí proudy jsou zpravidla stanoveny výrobci snímačů odpovídajícího typu. Mohou se však výrazně lišit v závislosti na kovech použitých při konstrukci zařízení. Kromě toho je při použití příslušných snímačů nutné vzít v úvahu takový indikátor, jako je mezní hodnota pro provozní proud. Obvykle to určuje také výrobce.
Odporové snímače patří mezi nejběžnější typy snímačů v domácnosti. To je z velké části způsobeno významnými technologickými výhodami mnoha jejich odrůd. Například pokudmluvit o termistorech - vyznačují se vysokou citlivostí, kompaktností, nízkou hmotností. Vhodným typem snímačů lze měřit teplotu vzduchu v různých podmínkách. Jejich výroba většinou nezahrnuje výrazné náklady. Je pravda, že termistory mají i své nevýhody - především je to vysoký stupeň nelinearity, v důsledku čehož je lze v praxi použít v poměrně úzkých teplotních rozsazích.
Odpovídající typ převodníků signálu (jejich typy a účel lze určit na základě různých klasifikačních kritérií) jsou široce používány v každodenním životě. Například je běžné zahrnout do složení teplotní senzory obsahující platinové a měděné prvky:
- topná infrastruktura – za účelem měření teploty chladicí kapaliny v určitých částech zařízení a také ve vytápěné místnosti;
- pračky - pro měření teploty vody a její přizpůsobení různým pracím programům;
- žehličky - podobně pro zajištění optimální teploty žehlení v konkrétním režimu provozu;
- elektrické sporáky, ale i další typy zařízení pro vaření - také proto, aby byla zajištěna jejich funkčnost při aktivaci určitých uživatelských režimů.
Reostatové převodníky
Dalším oblíbeným typem odporových zařízení jsou konvertory reostatu. Jejich princip činnosti je založen na měření elektrického odporujednoho nebo druhého vodiče pod vlivem vstupního posunu. V praxi tento převodník obsahuje prvky, které jsou uzpůsobeny k pohybu vlivem naměřené hodnoty. Nejčastěji jsou dotyčná zařízení součástí děličů napětí nebo se používají jako integrální prvek měřicích můstků.
Pokud mluvíme o výhodách, které charakterizují měniče reostatu, pak mezi ně patří:
- žádný reaktivní účinek na pohyblivé součásti;
- vysoká účinnost;
- malé rozměry, možnost použití v infrastruktuře fungující na stejnosměrný i střídavý proud.
Odporové měniče odpovídajícího typu zároveň nejsou vždy spolehlivé a v mnoha případech vyžadují značné zdroje od podniku k udržení funkčnosti.
