In der Industrie und im Alltag ist der Einsatz verschiedener Arten von Signalwandlern üblich. Diese Geräte können in den unterschiedlichsten Modifikationen präsentiert werden, die angepasst sind, um Probleme in verschiedenen Bereichen der Wirtschaft zu lösen. Welche Arten von Signalwandlern können den häufigsten zugeordnet werden? Was könnten die Merkmale ihres Betriebs sein?
Wozu dienen Signalwandler?
Signalwandler sind Geräte, die sich wirklich in den unterschiedlichsten Lösungen präsentieren lassen. Dieser Begriff ist eigentlich ein Sammelbegriff und kann sich auf Geräte beziehen, die in verschiedenen Bereichen der Wirtschaft verwendet und nach völlig unterschiedlichen Kriterien klassifiziert werden. Die wichtigsten Arten von Signalen, die die betreffenden Geräte umwandeln können, sind:
- elektrisch;
- Ton;
- Temperatur;
- technologische Natur.
Je nach Aufgabenstellung des Anwenders des Messumformers kann der Aufbau des entsprechenden Gerätes Module kombinieren, die mehrere unterschiedliche Datentypen verarbeiten. Die Umwandlung kann daher im Rahmen eines Sign altyps (z. B. von einer Frequenz zu einer anderen) durchgeführt werden oder ein Mechanismus sein, der eine Übersetzung zwischen verschiedenen Signalkategorien beinh altet. Zum Beispiel elektrisch zu klingen.
Die gebräuchlichsten Geräte enth alten einen Konverter von analogen in digitale Signale (und umgekehrt, wenn die Struktur der internen Module des Geräts dies vorsieht). Betrachten Sie die Merkmale seiner Arbeit.
A/D-Wandler
Das fragliche Gerät ist dafür ausgelegt, jedes analoge Signal - beispielsweise dargestellt durch Spannungsindikatoren - in digitale Form umzuwandeln (um beispielsweise das entsprechende Signal in eine Datei zu schreiben).
Eines der Hauptkriterien für die Leistungsfähigkeit des betrachteten Gerätes ist die Ausgangsdatenkapazität. Sein Wert bestimmt das Signal-Rausch-Verhältnis.
Ein weiterer wichtiger Parameter, der die Betriebsqualität eines solchen Geräts als Analogwandler charakterisiert, ist die Geschwindigkeit der Ausgangssignalbildung. Zu den Geräten, die ihre optimale Leistung erbringen, gehören solche vom parallelen Typ. Sie bilden große Signalflüsse mit der erforderlichen Anzahl von Pins. Dieses Merkmal der Funktionsweise des Geräts bestimmt in vielen Fällen die Freigabe der entsprechenden Konverter, die sich durch große Abmessungen auszeichnen. Außerdem können analoge Signalwandler einen ziemlich hohen Stromverbrauch haben. Allerdings angesichts der WirksamkeitBetrieb dieser Geräte, werden ihre festgestellten Merkmale oft nicht als Mängel betrachtet.
Die Umwandlung von Signalen von analogen zu digitalen parallelen Geräten ist sehr schnell. Um eine noch höhere Geschwindigkeit für den entsprechenden Gerätetyp bereitzustellen, können Sie mehrere Geräte anschließen, sodass diese nacheinander Signalströme verarbeiten können.
Alternative zu parallelen Lösungen können serielle Signalwandler sein. Sie sind tendenziell weniger produktiv, aber energieeffizienter. Ihre Verwendung kann in Fällen eingeschränkt werden, in denen es darum geht, die Übertragung von Signalen innerhalb einer Infrastruktur mit geringer Kapazität sicherzustellen, oder für den Fall, dass eine höhere Umwandlungsrate als die von seriellen Geräten bereitgestellte nicht erforderlich ist.
Es ist anzumerken, dass es gemischte Geräte gibt, die die Funktionen von seriellen und parallelen Konvertern kombinieren. In vielen Fällen sind sie die beste Lösung hinsichtlich Kosten- und Leistungskriterien.
Wir haben oben angemerkt, dass Analog-Digital-Wandler Module enth alten können, die digitale Signale in analoge umwandeln. Es gibt auch eine eigene Kategorie von Geräten des entsprechenden Typs. Sehen wir uns ihre Eigenschaften an.
Digital-Analog-Wandler
Wenn der Benutzer zum Beispiel einen Fernseher für ein analoges Signal hat, dann seinenDer Betrieb ist möglich, wenn eine geeignete Antenne angeschlossen ist. Oder unterliegen der Umwandlung der Originalsignale in analoge Signale, die dieser Fernseher erkennen kann. Ihre Quelle kann wiederum eine digitale Antenne sein. Oder alternativ ein über das Internet empfangenes Signal.
Das betreffende Gerät wandelt also ein Signal, das einen digitalen Code enthält, in Strom, Spannung oder Ladung um, die zur Verarbeitung an analoge Module übertragen werden. Spezifische Mechanismen dieser Transformation hängen von der Art der Ausgangsdaten ab. Wenn wir beispielsweise über Ton sprechen, wird er am Eingang normalerweise in Pulscodemodulation dargestellt. Wenn die Quelldatei komprimiert ist, können spezielle Software-Codecs verwendet werden, um die Signale zu konvertieren. Die digitale Antenne wiederum überträgt normalerweise das Signal zur Verarbeitung durch Hardwareverfahren.
Geräte, die die jeweiligen Konverter enth alten, können mit Modulen für verschiedene Zwecke ergänzt werden. Wenn zum Beispiel die Wiedergabe einer Fernsehsendung bereitgestellt wird, kann ein Videosignalverstärker zusätzlich zu jenen Modulen verwendet werden, die von dem Konverter verwendet werden. In vielen Fällen ist es notwendig, um eine hohe Bildqualität bei der Umwandlung eines analogen in ein digitales Signal zu gewährleisten. Außerdem wird ein Videosignalverstärker verwendet, wenn Sie Bilder über eine beträchtliche Entfernung übertragen müssen.
Fernsehen ist nicht das einzige aktive Einsatzgebiet der betreffenden Geräte. Entsprechende Wandler sind beispielsweise in CD-Playern enth alten,die auch das digitale Signal in ein analoges umwandeln.
Ultraschallwandler
Die nächste übliche Kategorie von Geräten ist der Ultraschallwandler. Es kann angemerkt werden, dass es durch Geräte dargestellt werden kann, die die breiteste Palette von Anwendungen sowie Funktionsprinzipien haben. Zu den gängigen Arten von Ultraschallwandlern gehört eine Taucheinheit, die dazu bestimmt ist, Ultraschall mit einer bestimmten Frequenz in Wasser oder ein anderes flüssiges Medium zu übertragen. Dieses Gerät kann zum Beispiel verwendet werden, um verschiedene Gegenstände von Verunreinigungen zu reinigen - als Bestandteil von Bädern, die für die Ultraschallreinigung verwendet werden.
Es gibt noch weitere Einsatzgebiete der betrachteten Geräte. Ein Ultraschallwandler kann verwendet werden, um die Unversehrtheit bestimmter Strukturen und Verbindungen zu kontrollieren, um bestimmte Objekte auf Beschädigungen zu überprüfen.
Linear- und Pulswandler
In Anbetracht der Merkmale der Verwendung von Konvertern ist es nützlich, auf die Klassifizierung zu achten, nach der sie in linear und gepulst unterteilt sind. Tatsächlich spiegeln diese Kriterien die beiden wichtigsten Prinzipien für den Betrieb von Umrichtern wider.
Diejenigen, die linear sind, können nach dem Prinzip der analogen Sch altung arbeiten, in der die umgewandelten Signale in einem reibungslosen Tempo gebildet werden. Der Pulskonverter übernimmt eine aktivere Darstellung von Signalen sowohl am Ausgang als auch während ihrer internen Verarbeitung. Für den Fall, dass jedochDieser Vorgang wird nur in der internen Stufe der Signalverarbeitung durchgeführt, das entsprechende Gerät kann praktisch die gleichen Anzeigen erzeugen wie bei Verwendung eines linearen Wandlers. Daher kann der Begriff der linearen oder Impulsverarbeitung nur im Kontext des Funktionsprinzips der wesentlichen Hardwarekomponenten eines Geräts des entsprechenden Typs betrachtet werden.
Pulskonverter werden vor allem dort eingesetzt, wo die eingesetzte Infrastruktur Hochleistungssignale verarbeiten soll. Dies liegt daran, dass die Effizienz der entsprechenden Geräte in solchen Fällen deutlich höher ist, als wenn sie zur Verarbeitung von Signalen geringerer Leistung eingesetzt werden. Ein weiterer Faktor bei der Auswahl dieser Lösungen ist die Verwendung von Transformator- oder Kondensatorgeräten als Teil der verwendeten Infrastruktur, mit denen die Impulsstromrichter optimal kompatibel sind.
Ein Linearkonverter wiederum ist ein Gerät, das im Rahmen einer Infrastruktur eingesetzt wird, in der eine leistungsarme Signalverarbeitung durchgeführt wird. Oder wenn es notwendig ist, das durch den Betrieb des Umrichters erzeugte Rauschen zu reduzieren. Es ist erwähnenswert, dass die Effizienz der betrachteten Lösungen in einer Hochleistungsinfrastruktur nicht die herausragendste ist, daher geben diese Geräte meistens eine größere Wärmemenge ab als Impulsumrichter. Außerdem sind Gewicht und Abmessungen deutlich größer.
Aber so oder so kann es in der Praxis zum Betrieb des Umrichters nach dem Impulsprinzip kommendie Bildung seiner Übertragungsfunktion in linearer Form. Daher sollte vor der Implementierung der geeigneten Signalkonditionierer in die Infrastruktur deren interne Struktur für das verwendete Signalverarbeitungsschema berücksichtigt werden.
Messumformer
Eine weitere gängige Kategorie von Lösungen sind Wandler. Was sind ihre Merkmale? Ein Messumformer ist ein Gerät, das sich ebenfalls in einer Vielzahl von Varianten präsentieren lässt. Was diese Geräte eint, ist ihre Fähigkeit, bestimmte Größen sowohl zu messen als auch umzuwandeln.
Es ist üblich, das Funktionsschema von Messgeräten des entsprechenden Typs zu betrachten, bei dem das Signal in mehreren Stufen verarbeitet wird. Zuerst empfängt der Konverter es, wandelt es dann in einen messbaren Wert um und wandelt es dann in nützliche Energie um. Wird beispielsweise ein analoger Messstromwandler verwendet, so wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt.
Natürlich lassen sich die konkreten Mechanismen zur Anwendung entsprechender Lösungen in einem extrem breiten Spektrum darstellen. Die Nutzung von Messtransformationen für wissenschaftliche Zwecke als Teil der Infrastruktur zur Durchführung von Experimenten und Forschung ist weit verbreitet. Was die meisten Messumformer eint, ist zunächst ihre Anpassungsfähigkeit, bei der Signalverarbeitung oder -umwandlung mit der Verwendung normierter Kennlinien zu arbeiten. dürfenBeachten Sie, dass diese Spezifikationen möglicherweise nicht immer für den Endbenutzer des Wechselrichters bestimmt sind. Ihre Aktivierung erfolgt in vielen Fällen in einem versteckten Modus. Eine Person erhält mit geeigneten Signalwandlern am Ausgang nur das benötigte Signal, angepasst für die Verwendung für verschiedene Zwecke.
Daher werden diese Lösungen in der Regel nicht als eigenständige Infrastrukturtypen eingesetzt. Sie sind Bestandteil komplexerer Geräte – zum Beispiel Messautomatisierungssysteme in der Produktion. Messumformer werden am häufigsten in 2 Hauptgruppen eingeteilt - primäre und mittlere. Es wird nützlich sein, die Besonderheiten beider zu berücksichtigen.
Klassifizierung von Messumformern: Primär- und Zwischenlösungen
Geräte der Kategorie Primär werden in der Regel als Sensoren verwendet. Das heißt, es sind Wandler, auf die der eine oder andere Messwert direkt einwirkt. Die restlichen Geräte werden als Zwischenprodukt eingestuft. Sie werden unmittelbar nach den ersten in der Messinfrastruktur platziert und können für eine Vielzahl von Vorgängen im Zusammenhang mit der Transformation verantwortlich sein. Welche konkreten Operationen können von einem Signalpegelwandler des entsprechenden Typs durchgeführt werden? Diese werden allgemein bezeichnet als:
- Messung physikalischer Indikatoren für verschiedene Größen;
- verschiedene Skalentransformationen;
- Umwandlung digitaler Signale in analoge und umgekehrt;
- funktionale Transformationen.
Beachten Sie, dass ein ähnlichesDie Klassifizierung kann als bedingt angesehen werden. Dies liegt vor allem daran, dass sich mehrere Primärwandler im gleichen Messgerät befinden können. Ein weiterer Grund, die oben diskutierte Klassifizierung als bedingt zu betrachten, ist, dass in verschiedenen Arten von Infrastruktur Messungen nach unterschiedlichen Prinzipien durchgeführt werden können.
Verstärkerröhren
Ein weiterer Gerätetyp, der in verschiedenen Bereichen der Wirtschaft beliebt ist, ist eine Bildverstärkerröhre. Es kann, wie andere oben diskutierte Gerätetypen, in einer breiten Palette von Designs präsentiert werden. Elektronenoptische Wandler eint ein gemeinsames Funktionsprinzip: Es handelt sich um die Umwandlung eines unsichtbaren Objekts – beispielsweise beleuchtet durch Infrarot-, Ultraviolett- oder beispielsweise Röntgenstrahlen – in das sichtbare Spektrum.
In diesem Fall wird die entsprechende Operation in der Regel in 2 Schritten durchgeführt. In der ersten Stufe wird unsichtbare Strahlung von einer Fotokathode empfangen und anschließend in elektronische Signale umgewandelt. Diese werden bereits im zweiten Schritt in ein sichtbares Bild umgewandelt und auf dem Bildschirm angezeigt. Wenn es sich um einen Computermonitor handelt, kann das Signal vorab in einen digitalen Code umgewandelt werden.
Intensivierungsröhren sind Lösungen, die traditionell in mehrere Generationen eingeteilt werden. Geräte, die mit dem ersten verwandt sind, umfassen eine Vakuumflasche aus Glas. Es enthält eine Photokathode und eine Anode. Zwischen ihnen entsteht eine Potentialdifferenz. Bei der BeantragungEin optimaler Spannungswandler im Inneren bildet eine elektronische Linse, die Elektronenströme fokussieren kann.
Die Wandler der zweiten Generation verfügen über Elektronenbeschleunigungsmodule, was zu einer verbesserten Bildhelligkeit führt. Die Geräte der dritten Generation verwenden Materialien, die es ermöglichen, die Empfindlichkeit der Photokathode als Schlüsselkomponente des elektronenoptischen Wandlers um mehr als das Dreifache zu erhöhen.
Eigenschaften von Widerstandswandlern
Ein weiterer gebräuchlicher Gerätetyp sind Widerstandswandler. Betrachten Sie ihre Funktionen genauer.
Diese Wandler sind so angepasst, dass sie ihren eigenen elektrischen Widerstand unter dem Einfluss der einen oder anderen Messgröße ändern. Sie können auch Winkel- und Linearbewegungen korrigieren. Meistens sind diese Konverter in Automatisierungssystemen mit Sensoren für Druck, Temperatur, Beleuchtungsstärke und Messung der Intensität verschiedener Strahlungsarten enth alten. Hauptvorteile von Widerstandswandlern:
- Zuverlässigkeit;
- kein Zusammenhang zwischen Messgenauigkeit und Stabilität der Versorgungsspannung.
Es gibt eine Vielzahl von verwandten Geräten. Zu den beliebtesten gehören Temperatursensoren. Sehen wir uns ihre Eigenschaften an.
Resistive Temperatursensoren
Diese Signalwandler enth alten Komponenten, die empfindlich auf Änderungen der Umgebungstemperatur reagieren. Wenn es steigt, kann sich ihr Widerstand erhöhen. Diese Geräte zeichnen sich vor allem durch eine sehr hohe Genauigkeit aus. In einigen Fällen ermöglichen sie es, die Temperatur mit einer Genauigkeit von etwa 0,026 Grad Celsius zu ändern. Diese Geräte enth alten Elemente aus Platin - in diesem Fall ist der Widerstandskoeffizient niedriger oder aus Kupfer.
Der Einsatz von resistiven Sensoren ist durch eine Reihe von Nuancen gekennzeichnet. Es ist also zu berücksichtigen, dass höhere Werte des dem Sensor zugeführten Erregerstroms dessen Temperaturempfindlichkeit erhöhen, gleichzeitig aber die Elemente des entsprechenden Wandlers aufheizen. Dies führt in vielen Fällen zu einer Verringerung der Genauigkeit. Daher wird empfohlen, unter Berücksichtigung spezifischer Messbedingungen eine optimale Erregungsstromleistung sicherzustellen. Zur Berechnung kann beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit des Mediums herangezogen werden, in dem der Sensor eingesetzt wird – Luft oder Wasser. In der Regel werden die empfohlenen Kennwerte für Erregerströme von Herstellern von Sensoren des entsprechenden Typs festgelegt. Sie können jedoch abhängig von den Metallen, die beim Design der Geräte verwendet werden, erheblich variieren. Darüber hinaus muss bei der Verwendung der betreffenden Sensoren ein solcher Indikator als Grenzwert für den Betriebsstrom berücksichtigt werden. Meist wird sie auch vom Hersteller festgelegt.
Widerstandssensoren gehören zu den häufigsten Arten von Wandlern im Haush alt. Dies ist vor allem auf die erheblichen technologischen Vorteile vieler ihrer Sorten zurückzuführen. Zum Beispiel, wennSprechen Sie über Thermistoren - sie zeichnen sich durch hohe Empfindlichkeit, Kompaktheit und geringes Gewicht aus. Der geeignete Sensortyp kann verwendet werden, um die Lufttemperatur unter verschiedenen Bedingungen zu messen. Ihre Herstellung ist meist mit keinen nennenswerten Kosten verbunden. Thermistoren haben zwar auch Nachteile - erstens ist dies ein hohes Maß an Nichtlinearität, wodurch sie in der Praxis in ziemlich engen Temperaturbereichen eingesetzt werden können.
Die entsprechende Art von Signalwandlern (deren Art und Zweck anhand verschiedener Klassifizierungskriterien bestimmt werden kann) ist im Alltag weit verbreitet. Beispielsweise ist es üblich, Temperatursensoren mit Platin- und Kupferelementen in ihrer Zusammensetzung zu verwenden:
- Heizungsinfrastruktur - um die Temperatur des Kühlmittels in bestimmten Teilen der Ausrüstung sowie im beheizten Raum zu messen;
- Waschmaschinen - um die Wassertemperatur zu messen und an verschiedene Waschprogramme anzupassen;
- Bügeleisen - ähnlich, um die optimale Bügeltemperatur in einem bestimmten Betriebsmodus sicherzustellen;
- Elektroherde sowie andere Arten von Kochgeräten - auch um deren Funktion sicherzustellen, wenn bestimmte Benutzermodi aktiviert sind.
Rheostat-Konverter
Ein weiterer beliebter Typ von Widerstandsgeräten sind Rheostat-Konverter. Ihr Funktionsprinzip basiert auf der Messung des elektrischen Widerstandsdes einen oder anderen Leiters unter dem Einfluss der Eingangsverschiebung. In der Praxis enthält dieser Wandler Elemente, die geeignet sind, sich aufgrund des Einflusses des gemessenen Werts zu bewegen. Meistens sind die betreffenden Geräte in Spannungsteilern enth alten oder werden als integraler Bestandteil von Messbrücken verwendet.
Wenn wir über die Vorteile sprechen, die Regelwiderstandswandler auszeichnen, dann sind das:
- keine Rückwirkung auf bewegliche Bauteile;
- hohe Effizienz;
- kleine Abmessungen, die Fähigkeit, in Infrastrukturen eingesetzt zu werden, die sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben werden.
Gleichzeitig sind Widerstandswandler des entsprechenden Typs nicht immer zuverlässig und erfordern in vielen Fällen erhebliche Ressourcen des Unternehmens, um die Funktionalität aufrechtzuerh alten.
