בתעשייה ובחיי היומיום, השימוש בסוגים שונים של ממירי אותות נפוץ. ניתן להציג מכשירים אלו במגוון הרחב ביותר של שינויים המותאמים לפתרון בעיות בתחומים שונים במשק. אילו סוגי ממירי אותות ניתן לייחס לנפוצים ביותר? מה יכולות להיות תכונות הפעולה שלהם?
מה המטרה של ממירי אותות?
ממירי אותות הם מכשירים שבאמת ניתן להציג במגוון הרחב ביותר של פתרונות. מונח זה הוא למעשה מונח קולקטיבי ועשוי להתייחס לציוד המשמש במגזרים שונים במשק ומסווג לפי קריטריונים שונים לחלוטין. סוגי האותות העיקריים שהמכשירים המדוברים יכולים להמיר הם:
- חשמלי;
- צליל;
- טמפרטורה;
- אופי טכנולוגי.
בהתאם למשימות שעומדות בפני המשתמש בממיר האותות, המבנה של המכשיר המתאים יכול לשלב מודולים המעבדים מספר סוגים שונים של נתונים.המרה, אם כן, יכולה להתבצע במסגרת של סוג אחד של אות (לדוגמה, מתדר אחד לאחר) או להיות מנגנון הכרוך בתרגום בין קטגוריות שונות של אותות. לדוגמה, חשמלי לצליל.
ההתקנים הנפוצים ביותר כוללים ממיר של אותות אנלוגיים לדיגיטלי (ולהיפך, אם זה מסופק על ידי מבנה המודולים הפנימיים של המכשיר). שקול את המאפיינים של עבודתו.
A/D Converter
המכשיר המדובר מיועד להמיר כל אות אנלוגי - למשל, המיוצג על ידי מחווני מתח, לצורה דיגיטלית (המאפשרת, למשל, לכתוב את האות המתאים לקובץ).
אחד הקריטריונים העיקריים ליעילות המכשיר הנחשב הוא קיבולת נתוני הפלט. הערך שלו קובע את יחס האות לרעש.
פרמטר משמעותי נוסף המאפיין את איכות הפעולה של מכשיר כזה כמו ממיר אנלוגי הוא מהירות יצירת אות המוצא. בין אותם מכשירים המספקים את הביצועים האופטימליים שלו, הם אלה שהם מהסוג המקביל. הם יוצרים זרימות אותות גדולות באמצעות המספר הנדרש של פינים. תכונה זו של תפקוד המכשיר, במקרים רבים, קובעת מראש את שחרור הממירים המתאימים, המאופיינים בממדים גדולים. בנוסף, לממירי אותות אנלוגיים יכולה להיות רמה גבוהה למדי של צריכת חשמל. עם זאת, בהתחשב ביעילותהפעלת המכשירים הללו, התכונות המצוינות שלהם לרוב אינן נחשבות כחסרונות.
המרת אותות ממכשירים מקבילים אנלוגיים לדיגיטליים מהירה מאוד. כדי לספק מהירות גבוהה עוד יותר עבור סוג המכשירים התואם, אתה יכול לחבר מספר מכשירים, כך שהם יוכלו לעבד את זרמי האותות בתורם.
חלופה לפתרונות מקבילים יכולה להיות ממירי אותות מסוג טורי. הם נוטים להיות פחות פרודוקטיביים אך חסכוניים יותר באנרגיה. השימוש בהם עשוי להיות מותנה במקרים בהם ישנה שאלה של הבטחת שידור האותות בתוך תשתית בעלת קיבולת נמוכה, או במקרה שאין צורך בשיעור המרה גבוה מזה שמספקים מכשירים טוריים.
ניתן לציין כי ישנם מכשירים מסוג מעורב המשלבים את הפונקציות של ממירים טוריים ומקבילים. במקרים רבים, הם מהווים את הפתרון הטוב ביותר מבחינת עמידה בקריטריונים של עלות וביצועים.
ציינו למעלה שממירים אנלוגיים לדיגיטליים עשויים לכלול מודולים הממירים אותות דיגיטליים לאנלוגיים. יש גם קטגוריה נפרדת של מכשירים מהסוג המתאים. בואו נלמד את התכונות שלהם.
ממירים דיגיטליים לאנלוגיים
אם למשתמש יש, למשל, טלוויזיה לאות אנלוגי, אז שלוהפעולה תתאפשר כאשר אנטנה מתאימה מחוברת. או בכפוף להפיכת האותות המקוריים לאנלוגיים, שהטלוויזיה הזו יכולה לזהות. המקור שלהם יכול, בתורו, להיות אנטנה דיגיטלית. או, לחילופין, אות שהתקבל דרך האינטרנט.
ההתקן המדובר, לפיכך, ממיר אות המכיל קוד דיגיטלי לזרם, למתח או למטען, המועבר למודולים אנלוגיים לעיבוד. מנגנונים ספציפיים של טרנספורמציה זו תלויים בסוג הנתונים הראשוניים. לדוגמה, אם אנחנו מדברים על סאונד, אז בכניסה הוא מוצג בדרך כלל באפנון קוד דופק. אם קובץ המקור דחוס, ניתן להשתמש ב-codec תוכנות מיוחדות כדי להמיר את האותות. בתורה, האנטנה הדיגיטלית בדרך כלל משדרת את האות לעיבוד בשיטות חומרה.
ניתן להוסיף למכשירים הכוללים את הממירים המדוברים מודולים למטרות שונות. לדוגמה, בעת מתן השמעה של שידור טלוויזיה, ניתן להשתמש במגבר אות וידאו בנוסף לאותם מודולים המשמשים את הממיר. במקרים רבים, זה הכרחי על מנת להבטיח איכות תמונה גבוהה בעת המרת אות אנלוגי לדיגיטלי. כמו כן, נעשה שימוש במגבר אות וידאו אם אתה צריך להעביר תמונות למרחק ניכר.
הטלוויזיה אינה תחום היישום הפעיל היחיד של המכשירים המדוברים. ממירים מקבילים כלולים, למשל, בנגני תקליטורים,אשר גם ממירים את האות הדיגיטלי לאנלוגי.
מתמרים קוליים
הקטגוריה הנפוצה הבאה של מכשירים היא המתמר האולטראסוני. ניתן לציין כי זה יכול להיות מיוצג על ידי מכשירים בעלי מגוון רחב ביותר של יישומים, כמו גם עקרונות הפעלה. בין הזנים הנפוצים של מתמרים אולטרסאונדים נמצאת יחידה צוללת, המיועדת לשדר אולטרסאונד בתדר מסוים למים או לתווך נוזלי אחר. ניתן להשתמש במכשיר זה, למשל, לניקוי חפצים שונים ממזהמים - כחלק מאמבטיות המשמשות לניקוי קולי.
ישנם תחומי יישום נוספים של המכשירים הנחשבים. ניתן להשתמש במתמר קולי כדי לשלוט על תקינותם של מבנים מסוימים, חיבורים, כדי לבדוק חפצים מסוימים עבור נזק.
ממירים לינאריים ודופק
בהתחשב בתכונות השימוש בממירים, כדאי לשים לב לסיווג לפיו הם מחולקים לליניארי ולפולס. למעשה, קריטריונים אלה משקפים את שני העקרונות החשובים ביותר לפעולת הממירים.
אלה שהם ליניאריים יכולים לעבוד על העיקרון של מעגלים אנלוגיים, שבהם האותות המומרים נוצרים בקצב חלק. ממיר הפולסים מניח ייצוג פעיל יותר של אותות הן במוצא והן במהלך העיבוד הפנימי שלהם. עם זאת, במקרה אםפעולה זו מתבצעת רק בשלב הפנימי של עיבוד האותות, המכשיר המתאים יכול ליצור כמעט את אותם אינדיקטורים כמו במקרה שבו נעשה שימוש בממיר ליניארי. לפיכך, הרעיון של עיבוד ליניארי או דופק יכול להיחשב רק בהקשר של עקרון הפעולה של רכיבי החומרה העיקריים של התקן מהסוג המתאים.
ממירי דופק משמשים בעיקר במקרים שבהם התשתית שבה נעשה שימוש צפויה לעבד אותות הספק גבוה. זאת בשל העובדה כי היעילות של המכשירים המתאימים במקרים כאלה היא הרבה יותר גבוהה מאשר כאשר הם משמשים לעיבוד אותות של הספק נמוך יותר. גורם נוסף בבחירת פתרונות אלו הוא שימוש בהתקני שנאים או קבלים כחלק מהתשתית המשמשת, אשר לממירי הפולסים יש התאמה מיטבית.
בתורו, ממיר לינארי הוא מכשיר המשמש במסגרת תשתית שבה מתבצע עיבוד אותות בהספק נמוך. או אם יש צורך להפחית את הרעש שנוצר עקב פעולת הממיר. ראוי לציין כי היעילות של הפתרונות הנבחנים בתשתית בעלת הספק גבוה אינה הבולטת ביותר, לכן, מכשירים אלו פולטים לרוב כמות גדולה יותר של חום מאשר ממירי פולסים. בנוסף, גם המשקל והמידות שלהם גדולים משמעותית.
אבל, כך או אחרת, בפועל, פעולת הממיר על פי עקרון הדופק עשויה להיות כרוכההיווצרות פונקציית ההעברה שלו בצורה לינארית. לכן, לפני הטמעת מזגני האותות המתאימים בתשתית, יש לשקול את המבנה הפנימי שלהם עבור סכימת עיבוד האותות המיושמת.
מתמרי מדידה
קטגוריה נפוצה נוספת של פתרונות היא מתמרים. מהן התכונות שלהם? מתמר מדידה הוא מכשיר שניתן להציג גם במספר רב של סוגים. מה שמאחד את המכשירים הללו הוא היכולת שלהם למדוד וגם להפוך כמויות מסוימות.
מקובל לשקול את סכימת הפעולה של מכשירי מדידה מהסוג המקביל, שבה האות מעובד בכמה שלבים. ראשית, הממיר מקבל אותו, אחר כך הופך אותו לערך שניתן למדוד, ואז הופך אותו לאנרגיה שימושית כלשהי. לדוגמה, אם נעשה שימוש במתמר אנלוגי של זרם מדידה, אז האנרגיה החשמלית הופכת לאנרגיה מכנית.
כמובן, ניתן להציג מנגנונים ספציפיים ליישום פתרונות מתאימים במגוון רחב ביותר. השימוש בטרנספורמציות מדידה למטרות מדעיות כחלק מהתשתית לביצוע ניסויים ומחקר נפוץ. מה שמאחד את רוב מתמרי המדידה הוא יכולת ההסתגלות שלהם, קודם כל, לעבוד עם שימוש במאפיינים מנורמלים בעת עיבוד או שינוי אות. פחיתשימו לב שייתכן שמפרטים אלו לא תמיד מיועדים למשתמש הקצה של המהפך. הפעלתם במקרים רבים מתבצעת במצב נסתר. אדם, המשתמש בממירי אותות מתאימים, מקבל רק את האות הנדרש, המותאם לשימוש במטרות שונות, ביציאה.
לכן, פתרונות אלה, ככלל, אינם משמשים סוגים עצמאיים של תשתית. הם חלק ממכשירים מורכבים יותר - למשל, מערכות אוטומציה של מדידה בייצור. מתמרי מדידה מסווגים לרוב ל-2 קבוצות עיקריות - ראשוני ובינוני. זה יהיה שימושי לשקול את הפרטים של שניהם.
סיווג של מתמרי מדידה: פתרונות ראשוניים וביניים
מכשירים השייכים לקטגוריה של ראשי, ככלל, משמשים כחיישנים. כלומר, הם ממירים שערך מדוד כזה או אחר פועל ישירות עליהם. שאר המכשירים מסווגים כבינוניים. הם ממוקמים בתשתית המדידה מיד לאחר הראשונות ויכולים להיות אחראים על מספר רב של פעולות הקשורות לשינוי. אילו פעולות ספציפיות ניתן לבצע על ידי ממיר רמת אות מהסוג המתאים? אלה מכונים בדרך כלל:
- מדידה של אינדיקטורים פיזיים עבור כמויות שונות;
- שינויים בקנה מידה שונים;
- הפיכת אותות דיגיטליים לאנלוגים ולהיפך;
- טרנספורמציות פונקציונליות.
שים לב שדומהסיווג יכול להיחשב מותנה. זה נובע בעיקר מהעובדה שניתן למקם מספר מתמרים ראשוניים באותו מכשיר מדידה. סיבה נוספת לשקול את הסיווג הנדון לעיל מותנה היא שבסוגים שונים של תשתיות, ניתן לבצע מדידות על פי עקרונות לא דומים.
שפופרות מעצימות
סוג נוסף של מכשיר הפופולרי במגזרים שונים במשק הוא צינור מגביר תמונה. זה, כמו סוגים אחרים של מכשירים שנדונו לעיל, יכול להיות מוצג במגוון רחב של עיצובים. ממירים אלקטרוניים-אופטיים מאוחדים על ידי עיקרון פעולה משותף: זה כרוך בהמרה של עצם בלתי נראה - למשל, מואר על ידי אינפרא אדום, אולטרה סגול או, למשל, קרני רנטגן, לתוך הספקטרום הנראה.
במקרה זה, הפעולה המתאימה, ככלל, מתבצעת בשני שלבים. בשלב הראשון, קרינה בלתי נראית מתקבלת על ידי פוטוקטודה, ולאחר מכן היא הופכת לאותות אלקטרוניים. שכבר בשלב השני מומרים לתמונה גלויה ומוצגים על המסך. אם זה צג מחשב, ניתן להמיר את האות מראש לקוד דיגיטלי.
צינורות Intensifier הם פתרונות שמסווגים באופן מסורתי למספר דורות. התקנים הקשורים לראשון כוללים בקבוק ואקום מזכוכית. הוא מכיל פוטוקטודה ואנודה. נוצר ביניהם הבדל פוטנציאלי. בעת הגשת בקשה לממיר מתח אופטימלי בתוכו יוצר עדשה אלקטרונית המסוגלת למקד זרימות אלקטרונים.
למתמרים מהדור השני יש מודולי האצת אלקטרונים, וכתוצאה מכך בהירות תמונה משופרת. מכשירי הדור השלישי משתמשים בחומרים המאפשרים להגדיל את הרגישות של הפוטוקתודה כמרכיב מפתח בממיר האלקטרוני-אופטי ביותר מפי 3.
תכונות של מתמרים התנגדות
סוג נפוץ נוסף של מכשיר הוא מתמרים התנגדות. שקול את התכונות שלהם ביתר פירוט.
מתמרים אלו מותאמים לשנות את ההתנגדות החשמלית שלהם בהשפעת כמות מדודה כזו או אחרת. הם יכולים גם לתקן תנועה זוויתית וליניארית. לרוב, ממירים אלו כלולים במערכות אוטומציה עם חיישנים ללחץ, טמפרטורה, רמת תאורה ומדידה של עוצמת קרינה מסוגים שונים. היתרונות העיקריים של מתמרים התנגדות:
- אמינות;
- אין קשר בין דיוק המדידות ליציבות מתח האספקה.
יש מספר רב של סוגים של מכשירים קשורים. בין הפופולריים ביותר הם חיישני טמפרטורה. בואו נלמד את התכונות שלהם.
חיישני טמפרטורה התנגדות
לממירי האותות האלה יש רכיבים הרגישים לשינויים בטמפרטורת הסביבה.אם זה עולה, אז ההתנגדות שלהם עלולה לגדול. מכשירים אלו מאופיינים בעיקר ברמת דיוק גבוהה מאוד. במקרים מסוימים הם מאפשרים לשנות את הטמפרטורה בדיוק של כ-0.026 מעלות צלזיוס. מכשירים אלו מכילים אלמנטים עשויים פלטינה - במקרה זה, מקדם ההתנגדות יהיה נמוך יותר, או נחושת.
השימוש בחיישנים התנגדות מאופיין במספר ניואנסים. לכן, יש לקחת בחשבון שערכים גבוהים יותר של זרם העירור המסופק לחיישן מגבירים את רגישות הטמפרטורה שלו, אך בו זמנית מחממים את האלמנטים של הממיר המתאים. הדבר גורם במקרים רבים לירידה בדיוק שלו. לכן, מומלץ להבטיח ביצועים אופטימליים של זרם עירור, תוך התחשבות בתנאי מדידה ספציפיים. החישוב יכול לקחת, למשל, את המוליכות התרמית של המדיום שבו נעשה שימוש בחיישן - אוויר או מים. ככלל, האינדיקטורים המומלצים לזרמי עירור נקבעים על ידי יצרנים של חיישנים מהסוג המתאים. עם זאת, הם יכולים להשתנות באופן משמעותי בהתאם למתכות המשמשות בעיצוב המכשירים. בנוסף, בעת שימוש בחיישנים המדוברים, יש צורך לקחת בחשבון מחוון כזה כערך המגביל לזרם ההפעלה. בדרך כלל זה נקבע גם על ידי היצרן.
חיישנים התנגדות הם בין סוגי המתמרים הנפוצים ביותר במשק הבית. זה נובע בעיקר מהיתרונות הטכנולוגיים המשמעותיים של רבים מהזנים שלהם. לדוגמה, אםלדבר על תרמיסטורים - הם מאופיינים ברגישות גבוהה, קומפקטיות, משקל נמוך. ניתן להשתמש בסוג החיישנים המתאים למדידת טמפרטורת האוויר בתנאים שונים. הייצור שלהם לרוב אינו כרוך בעלויות משמעותיות. נכון, לתרמיסטורים יש גם חסרונות - קודם כל, מדובר ברמה גבוהה של חוסר לינאריות, כתוצאה מכך ניתן להשתמש בהם בפועל בטווחי טמפרטורות צרים למדי.
הסוג המקביל של ממירי האותות (ניתן לקבוע את סוגיהם ומטרתם על בסיס קריטריונים שונים לסיווג) נמצאים בשימוש נרחב בחיי היומיום. לדוגמה, מקובל לכלול חיישני טמפרטורה המכילים יסודות פלטינה ונחושת בהרכבם:
- תשתית חימום - על מנת למדוד את טמפרטורת נוזל הקירור בחלקים מסוימים של הציוד, וכן בחדר המחומם;
- מכונות כביסה - על מנת למדוד את טמפרטורת המים ולהתאים אותה לתוכניות כביסה שונות;
- מגהצים - באופן דומה כדי להבטיח את טמפרטורת הגיהוץ האופטימלית בתוך מצב פעולה מסוים;
- כיריים חשמליות, וכן סוגים אחרים של ציוד לבישול - גם על מנת להבטיח את תפקודם בעת הפעלת מצבי משתמש מסוימים.
ממירי Rheostat
עוד סוג פופולרי של התקנים התנגדות הם ממירי ריאוסטטים. עקרון הפעולה שלהם מבוסס על מדידת התנגדות חשמליתשל מוליך כזה או אחר בהשפעת תזוזה של קלט. בפועל, מתמר זה כולל אלמנטים המותאמים לנוע עקב השפעת הערך הנמדד. לרוב, המכשירים המדוברים כלולים במחלקי מתח או משמשים כמרכיב אינטגרלי של מדידת גשרים.
אם אנחנו מדברים על היתרונות המאפיינים ממירי ריאוסטטים, אז אלה כוללים:
- אין השפעה תגובתית על רכיבים נעים;
- יעילות גבוהה;
- ממדים קטנים, יכולת שימוש בתשתית הפועלת על זרם ישיר וחילופין כאחד.
יחד עם זאת, ממירים התנגדות מהסוג המקביל אינם תמיד אמינים ובמקרים רבים דורשים משאבים משמעותיים מהארגון כדי לשמור על פונקציונליות.
