في الصناعة وفي الحياة اليومية ، يعد استخدام أنواع مختلفة من محولات الإشارات أمرًا شائعًا. يمكن تقديم هذه الأجهزة في أوسع مجموعة من التعديلات التي تم تكييفها لحل المشكلات في مختلف مجالات الاقتصاد. ما هي أنواع محولات الإشارة التي يمكن أن تنسب إلى أكثرها شيوعًا؟ ماذا يمكن أن تكون ميزات عمليتهم؟
ما هو الغرض من محولات الإشارة؟
محولات الإشارة هي أجهزة يمكن تقديمها بالفعل في أوسع مجموعة من الحلول. هذا المصطلح هو في الواقع مصطلح جماعي وقد يشير إلى المعدات المستخدمة في قطاعات مختلفة من الاقتصاد ومصنفة وفقًا لمعايير مختلفة تمامًا. الأنواع الرئيسية للإشارات التي يمكن للأجهزة المعنية تحويلها هي:
- كهربائي ؛
- صوت ؛
- درجة الحرارة ؛
- الطبيعة التكنولوجية.
اعتمادًا على المهام التي يواجهها مستخدم محول الإشارة ، يمكن لهيكل الجهاز المقابل أن يجمع بين الوحدات النمطية التي تعالج عدة أنواع مختلفة من البيانات.وبالتالي ، يمكن إجراء التحويل في إطار نوع واحد من الإشارات (على سبيل المثال ، من تردد إلى آخر) أو أن يكون آلية تتضمن الترجمة بين فئات مختلفة من الإشارات. على سبيل المثال ، كهربائي إلى صوت.
أكثر الأجهزة شيوعًا تتضمن محولًا للإشارات التناظرية إلى رقمية (والعكس صحيح ، إذا تم توفيره بواسطة هيكل الوحدات الداخلية للجهاز). النظر في ملامح عمله.
محول A / D
الجهاز المعني مصمم لتحويل أي إشارة تناظرية - على سبيل المثال ، ممثلة بمؤشرات الجهد ، إلى شكل رقمي (يسمح ، على سبيل المثال ، بكتابة الإشارة المقابلة إلى ملف).
أحد المعايير الرئيسية لكفاءة الجهاز قيد الدراسة هو سعة بيانات الإخراج. تحدد قيمته نسبة الإشارة إلى الضوضاء.
معلمة مهمة أخرى تميز جودة تشغيل جهاز مثل المحول التناظري هي سرعة تكوين إشارة الخرج. من بين تلك الأجهزة التي توفر الأداء الأمثل ، تلك التي من النوع المتوازي. إنها تشكل تدفقات إشارة كبيرة باستخدام العدد المطلوب من المسامير. هذه الميزة الخاصة بعمل الجهاز في كثير من الحالات تحدد مسبقًا إطلاق المحولات المقابلة ، والتي تتميز بأبعاد كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتمتع محولات الإشارات التناظرية بمستوى عالٍ من استهلاك الطاقة. ومع ذلك ، نظرا للفعاليةتشغيل هذه الأجهزة ، غالبًا ما لا تعتبر ميزاتها الملحوظة عيوبًا.
تحويل الإشارات من الأجهزة التناظرية إلى الأجهزة الرقمية المتوازية سريع جدًا. لتوفير سرعة أعلى للنوع المقابل من الأجهزة ، يمكنك توصيل عدة أجهزة ، حتى تتمكن من معالجة تدفقات الإشارة بدورها.
يمكن أن يكون البديل للحلول المتوازية محولات إشارة من النوع التسلسلي. تميل إلى أن تكون أقل إنتاجية ولكنها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. قد يكون استخدامها مشروطًا في الحالات التي توجد فيها مسألة ضمان نقل الإشارات داخل بنية تحتية منخفضة السعة ، أو في حالة عدم الحاجة إلى معدل تحويل أعلى من ذلك الذي توفره الأجهزة التسلسلية.
يمكن ملاحظة أن هناك أجهزة مختلطة النوع تجمع بين وظائف المحولات التسلسلية والمتوازية. في كثير من الحالات ، تكون الحل الأفضل من حيث تلبية معايير التكلفة والأداء.
لاحظنا أعلاه أن المحولات التناظرية إلى الرقمية قد تتضمن وحدات تحول الإشارات الرقمية إلى إشارات تمثيلية. هناك أيضًا فئة منفصلة من الأجهزة من النوع المقابل. دعونا ندرس ميزاتها.
المحولات الرقمية إلى التناظرية
إذا كان لدى المستخدم ، على سبيل المثال ، جهاز تلفزيون للإشارة التناظرية ، فعندئذٍسيكون التشغيل ممكنًا عند توصيل هوائي مناسب. أو تخضع لتحول الإشارات الأصلية إلى إشارات تناظرية يمكن لهذا التلفزيون التعرف عليها. يمكن أن يكون مصدرها ، بدوره ، هوائيًا رقميًا. أو ، بدلاً من ذلك ، إشارة مستلمة عبر الإنترنت.
لذلك ، يقوم الجهاز المعني بتحويل الإشارة التي تحتوي على رمز رقمي إلى تيار أو جهد أو شحنة ، والتي يتم نقلها إلى وحدات تمثيلية للمعالجة. تعتمد الآليات المحددة لهذا التحول على نوع البيانات الأولية. على سبيل المثال ، إذا كنا نتحدث عن الصوت ، فعادة ما يتم تقديمه عند الإدخال في تعديل شفرة النبض. إذا كان الملف المصدر مضغوطًا ، فيمكن استخدام برامج ترميز خاصة لتحويل الإشارات. بدوره ، عادةً ما ينقل الهوائي الرقمي الإشارة للمعالجة بطرق الأجهزة.
يمكن استكمال الأجهزة التي تتضمن المحولات المعنية بوحدات نمطية لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، عند توفير تشغيل بث تلفزيوني ، يمكن استخدام مضخم إشارة الفيديو بالإضافة إلى تلك الوحدات النمطية التي يستخدمها المحول. في كثير من الحالات ، يكون من الضروري ضمان جودة صورة عالية عند تحويل إشارة تناظرية إلى رقمية. أيضا ، يتم استخدام مضخم إشارة الفيديو إذا كنت بحاجة إلى نقل الصور عبر مسافة كبيرة.
التلفزيون ليس المجال الوحيد للتطبيق النشط للأجهزة المعنية. يتم تضمين المحولات المقابلة ، على سبيل المثال ، في مشغلات الأقراص المضغوطة ،والذي يقوم أيضًا بتحويل الإشارة الرقمية إلى التناظرية.
محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية
الفئة التالية الشائعة من الأجهزة هي محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية. وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن تمثيلها من خلال الأجهزة التي تحتوي على أوسع نطاق من التطبيقات ، بالإضافة إلى مبادئ التشغيل. من بين الأنواع الشائعة من محولات الطاقة فوق الصوتية هي وحدة غاطسة ، مصممة لنقل الموجات فوق الصوتية بتردد معين إلى الماء أو أي وسط سائل آخر. يمكن استخدام هذا الجهاز ، على سبيل المثال ، لتنظيف الأجسام المختلفة من الملوثات - كجزء من الحمامات المستخدمة للتنظيف بالموجات فوق الصوتية.
هناك مجالات أخرى لتطبيق الأجهزة المدروسة. يمكن استخدام محول طاقة فوق صوتي للتحكم في سلامة بعض الهياكل والوصلات لفحص بعض الأشياء بحثًا عن التلف.
المحولات الخطية و النبضية
بالنظر إلى ميزات استخدام المحولات ، سيكون من المفيد الانتباه إلى التصنيف الذي يتم تقسيمه على أساسه إلى خطي ونبضي. في الواقع ، تعكس هذه المعايير أهم مبدأين لتشغيل المحولات.
يمكن أن تعمل تلك الخطية على مبدأ الدوائر التناظرية ، حيث تتشكل الإشارات المحولة بوتيرة سلسة. يفترض محول النبض تمثيلاً أكثر نشاطًا للإشارات عند الخرج وأثناء معالجتها الداخلية. ومع ذلك ، في حالة إذايتم تنفيذ هذه العملية فقط في المرحلة الداخلية لمعالجة الإشارة ، ويمكن للجهاز المقابل أن يولد نفس المؤشرات تقريبًا كما في حالة استخدام محول خطي. وبالتالي ، لا يمكن النظر في مفهوم المعالجة الخطية أو النبضية إلا في سياق مبدأ تشغيل مكونات الأجهزة الرئيسية لجهاز من النوع المقابل.
تُستخدم محولات النبض بشكل أساسي في الحالات التي من المتوقع أن تعالج فيها البنية التحتية المستخدمة إشارات عالية الطاقة. هذا يرجع إلى حقيقة أن كفاءة الأجهزة المقابلة في مثل هذه الحالات أعلى بكثير مما كانت عليه عند استخدامها لمعالجة إشارات الطاقة المنخفضة. عامل آخر في اختيار هذه الحلول هو استخدام المحولات أو أجهزة المكثفات كجزء من البنية التحتية المستخدمة ، والتي تتمتع معها محولات النبض بالتوافق الأمثل.
بدوره ، المحول الخطي هو جهاز يستخدم في إطار البنية التحتية التي يتم فيها معالجة الإشارات منخفضة الطاقة. أو إذا كانت هناك حاجة لتقليل الضوضاء الناتجة عن تشغيل المحول. تجدر الإشارة إلى أن كفاءة الحلول قيد الدراسة في البنية التحتية عالية الطاقة ليست الأكثر تميزًا ، وبالتالي ، غالبًا ما تصدر هذه الأجهزة كمية من الحرارة أكبر من محولات النبض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وزنها وأبعادها أكبر أيضًا بشكل ملحوظ.
ولكن ، بطريقة أو بأخرى ، من الناحية العملية ، قد يتضمن تشغيل المحول وفقًا لمبدأ النبضتشكيل وظيفة النقل في شكل خطي. لذلك ، قبل تنفيذ مكيفات الإشارة المناسبة في البنية التحتية ، ينبغي النظر في هيكلها الداخلي لخطة معالجة الإشارات المطبقة.
محولات القياس
فئة أخرى مشتركة من الحلول هي محولات الطاقة. ما هي سماتهم؟ محول الطاقة هو جهاز يمكن تقديمه أيضًا في عدد كبير من الأصناف. ما يوحد هذه الأجهزة هو قدرتها على قياس وتحويل كميات معينة.
من الشائع النظر في مخطط تشغيل أجهزة القياس من النوع المقابل ، حيث تتم معالجة الإشارة على عدة مراحل. أولاً ، يستقبلها المحول ، ثم يحولها إلى قيمة يمكن قياسها ، ثم يحولها إلى بعض الطاقة المفيدة. على سبيل المثال ، إذا تم استخدام محول تيار قياس تناظري ، فإن الطاقة الكهربائية تتحول إلى طاقة ميكانيكية.
بالطبع ، يمكن تقديم آليات محددة لتطبيق الحلول المناسبة في نطاق واسع للغاية. ينتشر استخدام تحويلات القياس للأغراض العلمية كجزء من البنية التحتية لإجراء التجارب والبحوث. ما يوحد معظم محولات الطاقة هو قدرتها على التكيف ، أولاً وقبل كل شيء ، للعمل مع استخدام الخصائص المقيسة عند معالجة أو تحويل إشارة. يستطيعلاحظ أن هذه المواصفات قد لا تكون دائمًا مخصصة للمستخدم النهائي للعاكس. يتم تفعيلها في كثير من الحالات في الوضع الخفي. يستقبل الشخص ، الذي يستخدم محولات الإشارة المناسبة ، الإشارة المطلوبة فقط ، والمكيفة للاستخدام في أغراض مختلفة ، عند الإخراج.
وبالتالي ، فإن هذه الحلول ، كقاعدة عامة ، لا تستخدم كأنواع مستقلة من البنية التحتية. إنها جزء من أجهزة أكثر تعقيدًا - على سبيل المثال ، أنظمة أتمتة القياس في الإنتاج. غالبًا ما يتم تصنيف محولات الطاقة المعيارية إلى مجموعتين رئيسيتين - أولية ومتوسطة. سيكون من المفيد النظر في تفاصيل كل منهما.
تصنيف محولات الطاقة: الحلول الأولية والمتوسطة
يتم استخدام الأجهزة التي تنتمي إلى الفئة الأساسية ، كقاعدة عامة ، كأجهزة استشعار. أي أنها محولات تعمل عليها قيمة مقاسة أو أخرى بشكل مباشر. يتم تصنيف الأجهزة المتبقية على أنها وسيطة. يتم وضعها في البنية التحتية للقياس مباشرة بعد الأولى منها ويمكن أن تكون مسؤولة عن عدد كبير من العمليات المتعلقة بالتحول. ما هي العمليات المحددة التي يمكن أن يقوم بها محول مستوى الإشارة من النوع المقابل؟ يشار إليها عادة باسم:
- قياس المؤشرات المادية لكميات مختلفة ؛
- تحولات مقياس مختلفة ؛
- تحويل الإشارات الرقمية إلى تناظرية والعكس بالعكس ؛
- التحولات الوظيفية.
لاحظ أن ملفيمكن اعتبار التصنيف مشروطًا. هذا يرجع في المقام الأول إلى حقيقة أن العديد من محولات الطاقة الأولية يمكن وضعها في نفس أداة القياس. سبب آخر لاعتبار التصنيف الذي نوقش أعلاه مشروطًا هو أنه في أنواع مختلفة من البنية التحتية ، يمكن إجراء القياسات وفقًا لمبادئ مختلفة.
أنابيب المكثف
نوع آخر من الأجهزة الشائعة في مختلف قطاعات الاقتصاد هو أنبوب تكثيف الصورة. يمكن تقديمه ، مثل الأنواع الأخرى من الأجهزة التي تمت مناقشتها أعلاه ، في مجموعة واسعة من التصميمات. يتم توحيد المحولات الإلكترونية الضوئية من خلال مبدأ التشغيل المشترك: فهو يتضمن تحويل كائن غير مرئي - على سبيل المثال ، مضاء بالأشعة تحت الحمراء أو فوق البنفسجية أو ، على سبيل المثال ، الأشعة السينية ، إلى الطيف المرئي.
في هذه الحالة ، يتم تنفيذ العملية المقابلة ، كقاعدة عامة ، على مرحلتين. في المرحلة الأولى ، يتم استقبال الإشعاع غير المرئي بواسطة كاثود ضوئي ، وبعد ذلك يتم تحويله إلى إشارات إلكترونية. والتي تم تحويلها بالفعل في المرحلة الثانية إلى صورة مرئية وعرضها على الشاشة. إذا كانت شاشة كمبيوتر ، فيمكن تحويل الإشارة مسبقًا إلى رمز رقمي.
أنابيب المكثف هي حلول يتم تصنيفها تقليديًا إلى عدة أجيال. تشتمل الأجهزة المتعلقة بالأول على قارورة زجاجية. يحتوي على كاثود ضوئي وأنود. يتم تشكيل فرق محتمل بينهما. عند التقدم للحصول علىيشكل محول الجهد الأمثل بداخله عدسة إلكترونية قادرة على تركيز تدفقات الإلكترون.
تحتوي محولات الطاقة من الجيل الثاني على وحدات تسريع إلكترونية ، مما يؤدي إلى تحسين سطوع الصورة. تستخدم أجهزة الجيل الثالث المواد التي تسمح بزيادة حساسية المسار الضوئي كمكون رئيسي للمحول الإلكتروني البصري بأكثر من 3 مرات.
ملامح محولات المقاومة
نوع شائع آخر من الأجهزة هو محولات الطاقة المقاومة. النظر في ميزاتها بمزيد من التفصيل.
يتم تكييف هذه المحولات لتغيير مقاومتها الكهربائية تحت تأثير كمية مقاسة واحدة أو أخرى. يمكنهم أيضًا تصحيح الحركة الزاوية والخطية. في أغلب الأحيان ، يتم تضمين هذه المحولات في أنظمة التشغيل الآلي المزودة بأجهزة استشعار للضغط ودرجة الحرارة ومستوى الإضاءة وقياس شدة أنواع مختلفة من الإشعاع. المزايا الرئيسية لمحولات الطاقة المقاومة:
- الموثوقية ؛
- لا توجد علاقة بين دقة القياسات واستقرار جهد التغذية.
هناك عدد كبير من أنواع الأجهزة ذات الصلة. من بين أكثر أجهزة استشعار درجة الحرارة شيوعًا. دعونا ندرس ميزاتها.
مستشعرات درجة الحرارة المقاومة
تحتوي محولات الإشارة هذه على مكونات حساسة للتغيرات في درجة الحرارة المحيطة.إذا ارتفع ، فقد تزداد مقاومتهم. تتميز هذه الأجهزة بالدرجة الأولى بدقة عالية جدًا. في بعض الحالات ، يمكنهم تغيير درجة الحرارة بدقة تبلغ حوالي 0.026 درجة مئوية. تحتوي هذه الأجهزة على عناصر مصنوعة من البلاتين - في هذه الحالة يكون معامل المقاومة أقل أو النحاس.
يتميز استخدام مجسات المقاومة بعدد من الفروق الدقيقة. لذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن القيم الأعلى لتيار الإثارة المقدم إلى المستشعر تزيد من حساسيته لدرجة الحرارة ، ولكن في نفس الوقت ، قم بتسخين عناصر المحول المقابل. هذا في كثير من الحالات يسبب انخفاض في دقتها. لذلك ، يوصى بضمان الأداء الأمثل للإثارة الحالية ، مع مراعاة ظروف القياس المحددة. يمكن أن يأخذ الحساب ، على سبيل المثال ، التوصيل الحراري للوسيط الذي يستخدم فيه المستشعر - الهواء أو الماء. كقاعدة عامة ، يتم تعيين المؤشرات الموصى بها لتيارات الإثارة من قبل الشركات المصنعة لأجهزة الاستشعار من النوع المقابل. ومع ذلك ، يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على المعادن المستخدمة في تصميم الأجهزة. بالإضافة إلى ذلك ، عند استخدام المستشعرات المعنية ، من الضروري مراعاة مؤشر مثل القيمة المحددة لتيار التشغيل. عادة ما يتم تحديده أيضًا من قبل الشركة المصنعة.
مستشعرات المقاومة هي من بين أكثر أنواع محولات الطاقة شيوعًا في الأسرة. هذا يرجع إلى حد كبير إلى المزايا التكنولوجية الكبيرة للعديد من أصنافها. على سبيل المثال ، إذاتحدث عن الثرمستورات - فهي تتميز بالحساسية العالية والاكتناز والوزن المنخفض. يمكن استخدام النوع المناسب من المستشعرات لقياس درجة حرارة الهواء في ظروف مختلفة. إنتاجها في أغلب الأحيان لا ينطوي على تكاليف كبيرة. صحيح أن الثرمستورات لها أيضًا عيوب - أولاً وقبل كل شيء ، هذه درجة عالية من اللاخطية ، ونتيجة لذلك يمكن استخدامها في الممارسة العملية في نطاقات درجة حرارة ضيقة إلى حد ما.
يستخدم النوع المقابل من محولات الإشارات (يمكن تحديد أنواعها والغرض منها على أساس معايير التصنيف المختلفة) على نطاق واسع في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، من الشائع تضمين مستشعرات درجة الحرارة التي تحتوي على عناصر من البلاتين والنحاس في تركيبها:
- البنية التحتية للتدفئة - من أجل قياس درجة حرارة المبرد في أجزاء معينة من الجهاز ، وكذلك في الغرفة الساخنة ؛
- غسالات - من أجل قياس درجة حرارة الماء وضبطها على برامج الغسيل المختلفة ؛
- مكاوي - بالمثل لضمان درجة حرارة الكي المثلى ضمن وضع معين من التشغيل ؛
- مواقد كهربائية ، بالإضافة إلى أنواع أخرى من معدات الطهي - أيضًا من أجل ضمان عملها عند تنشيط أوضاع مستخدم معينة.
محولات ريوستات
نوع آخر شائع من أجهزة المقاومة هي محولات مقاومة الريوستات. يعتمد مبدأ عملها على قياس المقاومة الكهربائيةموصل واحد أو آخر تحت تأثير إزاحة المدخلات. في الممارسة العملية ، يشتمل محول الطاقة هذا على العناصر التي يتم تكييفها للتحرك بسبب تأثير القيمة المقاسة. في أغلب الأحيان ، يتم تضمين الأجهزة المعنية في فواصل الجهد أو استخدامها كعنصر متكامل لقياس الجسور.
إذا تحدثنا عن المزايا التي تميز محولات الريوستات ، فهذه تشمل:
- لا يوجد تأثير تفاعلي على تحريك المكونات ؛
- كفاءة عالية
- أبعاد صغيرة ، والقدرة على الاستخدام في البنية التحتية العاملة على كل من التيار المباشر والمتناوب.
في نفس الوقت ، المحولات المقاومة من النوع المقابل ليست موثوقة دائمًا وفي كثير من الحالات تتطلب موارد كبيرة من المؤسسة للحفاظ على الوظائف.
