В среде, управляемой данными, где системы автоматизации и AI/мл (искусственный интеллект/машинное обучение) являются передними и центром в автоматизированных системах, преобразователи играют самую важную и обычно невидимую роль.
Они связывают залив между физическим миром и необходимыми цифровыми интерпретациями, с которыми должны работать такие системы. Они интерпретируют и представляют физические и экологические характеристики и факты как интерпретируемые системы данных, которые можно надежно проанализировать, контролировать и использовать в общем или локальном контроле системы. Отсутствие датчиков, автоматизированные системы - промышленная автоматизация для мониторинга здравоохранения и потребительской электроники - нежелательны к событиям и не могут эксплуатировать какую -либо форму контроля.
Глубокое погружение в науку о преобразователях обязательно исследует, как они преобразуют физический мир в полезные данные, рассматривают более распространенные типы, иллюстрируют их принципы работы и иллюстрируют приложения для ясности.
Что такое датчик?
По своей сути, преобразователь - это устройство, которое преобразует энергию между различными формами. Для сбора и измерения данных преобразователи преобразуют физические величины, такие как температура, давление, свет, звук и движение в электрические сигналы. - Цифровые системы могут обрабатывать, записывать и анализировать их. Такие системы требуют точных, повторяемых виртуальных знаний о реальных изменениях.
Роль преобразователя заключается в том, чтобы быть интерфейсом между реальным и изменяющимся миром и системой автоматической анализа, которая контролирует, анализирует и реагирует на изменения, обнаруженные этими устройствами. Как широко известный пример, микрофон является преобразователем, который преобразует изменения давления воздуха (акустические волны, механическая энергия) в аналоговый электрический сигнал. Он преобразует энергию в быстро колебательном давлении воздуха в электрический сигнал, который может быть записан, проанализирован и применен к последующим процессам.
Датчикилежат в основе большинства применений, от экологического зондирования и контроля промышленных процессов до медицинской диагностики и потребительской электроники, от управления полетом до промывших туалетов. Их способность преобразовать физические изменения в надежные, количественные данные сделали их краеугольным камнем роста технологий и автоматизации.
Как трансдукторы преобразуют физические входы в электрические сигналы
Понимание принципов работы преобразователей требует некоторого понимания того, как они преобразуют физические явления в электрические результаты - как цифровые, так и аналоговые:
Многие преобразователи полагаются на изменения сопротивления на преобразование физических входов в электрические сигналы. Примеры включают в себя датчики деформации, которые измеряют изменения в сопротивлении из -за механической деформации (растяжение или сокращение); термисторы, которые подвергаются предсказуемым изменениям сопротивления, которые пропорциональны температуре; и биметаллические полоски, которые подвергаются физическим изменениям, пропорционально температуре.
Индуктивные преобразователи работают, обнаруживая изменения в индуктивной связи, когда проводник перемещается в магнитном поле. LVDS использует этот принцип для измерения смещения, где индуктивные датчики длинных форм могут использовать медную ленту синусоидации в качестве источника индукции, измеряя циклические изменения, которые можно интерпретировать с помощью подсчета импульсов плюс обнаружение частичного импульса.
Емкостные преобразователи измеряют изменения в емкости, которые могут возникнуть, когда расстояние между двумя проводящими пластинами зависит от смещения. Этот принцип часто используется в датчиках давления и смещения, создавая аналоговое измерение, которое можно использовать непосредственно или преобразовать с использованием аналогового цифрового (ATOD) преобразователя.
Пьезоэлектрические преобразователи генерируют электрический заряд при применении механического напряжения. Это идеально подходит для применений, где необходимо обнаружить вибрацию, давление или звуковые волны, когда частота сигнала относительно высока, а вовлеченные смещения невелики. Пьезо преобразователи могут быть чрезвычайно чувствительными и являются общими для научных инструментов и измерений звука/вибрации высокой точности.
Термопары основаны на термоэлектрическом эффекте, когда напряжение генерируется из -за различий температуры между двумя разнородными проводниками металлических проводов, где соединение обеспечивает точно расположенную точку обнаружения.
Будущее преобразователей
По мере развития технологического развития преобразователи неуклонно увеличивались по сложности, точности и деликатесам. Разумно ожидать, что они станут еще более точными, меньшими и энергоэффективными, а также увеличением разнообразия обнаружений.
Интернет вещей (IoT), носимые устройства и умное производство способствуют спросу на более продвинутые, меньшие и более надежные технологии преобразователей. Технология достижений в MEMS (микроэлектромеханические системы) также приводят к разработке новых классов миниатюрных преобразователей, которые могут быть интегрированы в все меньшие и более низкие портативные устройства.
Использование беспроводных преобразователей, устраняя необходимость физических соединений между датчиком и системой обработки данных, особенно полезно в удаленных или опасных средах, где проводные соединения могут быть нецелесообразными. Доступные варианты в этой области продолжают расширяться.
Заключение
Преобразователи являются центральным этапом во многих областях технологий, преобразуя сложный и динамический физический мир в надежные, действенные данные. Преобразование физических величин, таких как давление, температура, свет, вибрация, магнитные поля, уровни загрязняющих веществ и движение в электрические сигналы, преобразователи позволяют контролировать, управлять и автоматизацию процессов во всех секторах. Возможности и технологии преобразователей вряд ли уменьшатся, поскольку технологии становятся более точными и более неотъемлемыми для социальной и коммерческой деятельности.
Понимание основных принципов и методологий применения преобразователей является ключевым навыком для тех, кто участвует в технике, производстве, здравоохранении и электронике. Понимание и интерпретация реального мира является основной проблемой во всех приложениях автоматизации, и эта область знаний продолжает расширяться и увеличивать полезность.