Что такое преобразователь сигнала?
Преобразователь сигналов представляет собой электронное устройство, изменяющее один тип сигнала на другой, с целью их совместимости.
Они широко используются в различных областях, таких как телекоммуникации, измерительная техника, медицинская аппаратура и другие.
Устройства могут быть различны по своей структуре и принципу работы. Наиболее известные преобразователи с аналоговыми и дискретными сигналами.
- Аналоговые сигналы представляет собой непрерывную величину, такую как напряжение или ток, которая может изменяться плавно и непрерывно в течение времени. Такой сигнал обычно преобразуется в другой вид сигнала, такой как цифровой, с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или других аналогово-цифровых устройств.
- Дискретные сигналы – сигналы, представляющие собой последовательность значений, которые изменяются только в определенные моменты времени. В отличие от аналогового сигнала, который может принимать любое значение в непрерывном диапазоне, дискретный сигнал имеет конечное или счетное количество возможных значений.
Принцип работы системы преобразователя сигнала
Система преобразования сигнала состоит из датчика, непосредственно преобразователя сигнала, АЦП, устройства для сбора и анализа данных (компьютер).
Датчик преобразует физическую величину в электрический сигнал. На входе преобразователь принимает электрический сигнал от датчика и посредством внутренней обработки преобразователь модифицирует сигнал до требуемых параметров на выходе. С помощью встроенного усилителя может повышаться уровень напряжения для того, чтобы выходной сигнал соответствовал необходимым стандартам. АЦП принимает обработанный сигнал, измеряет амплитуду в определенные моменты времени и преобразует его в цифровое представление, после чего передается компьютеру или другому устройству для сбора и анализа данных.
Виды преобразователей сигналов
В области электроники наиболее распространенными преобразователями являются преобразователь АЦП (аналогово-цифровой) и преобразователь ЦАП (цифро-аналоговый).
- Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, которое преобразует аналоговый сигнал в цифровые дискретные значения. Значимый параметр, характеризующий качество работы такого устройства — скорость формирования выходного сигнала. Для достижения оптимальных показателей многие устройства используют параллельную архитектуру, которая позволяет формировать большие объемы сигналов с использованием необходимого количества выводов. Минус параллельного АЦП является высокий уровень энергопотребления.
Альтернативой параллельным преобразователям являются последовательный тип АЦП. Такие устройства менее энергозатратны, но и менее производительны. Существуют АЦП смешанного типа, включающие функции двух предыдущих. Как показывает практика они являются самыми выгодными решениями промышленной автоматизации, соответствующие критериям экономичности и производительности.
- Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство, которое преобразует цифровой сигнал в ток, напряжение или же заряд и передается на обработку для преобразования в аналоговый формат. Данный процесс осуществляется путем применения дискретных уровней (ступеней) напряжения или тока, где каждый уровень соответствует установленному значению цифрового сигнала
ЦАП обладает разнообразными характеристиками:
- Разрешение;
- Скорость преобразования;
- Линейность;
- Диапазон выходного сигнала.
Количество уровней аналогового сигнала определяется разрешением, скорость преобразования помогает вычислить быстроту реагирования ЦАП на преобразование цифрового сигнала в аналоговый.
Преобразователи дискретных сигналов CHENZHU
Существуют и несколько другие преобразователи сигналов, применяемые в сфере медицины, электроэнергетики, промышленности, научных исследований.
- Ультразвуковые преобразователи выполняют преобразование электрических сигналов в ультразвуковые волны и наоборот. Этот процесс осуществляется ультразвуковой машиной, которая генерирует электрический заряд, преобразующий его в форму кристаллов. Кристаллы излучают волны, которые проникают в область тела, где используется ультразвуковой преобразователь.
- Линейные и импульсные преобразователи используются для преобразования цифрового сигнала в аналоговый.
Линейные преобразователи используют аналоговую схемотехнику, обеспечивая высокую точность и линейность, но имеют ограниченную скорость работы и разрешение.
Импульсные преобразователи более активно передают сигналы путем генерации серии импульсов, которые затем фильтруются и усиливаются для получения аналогового сигнала
Основные факторы выбора между этими двумя типами – требования инфраструктуры и необходимость обработки мощных сигналов.
- Измерительные вид модулей, выполняющий измерение и преобразование разных значений, может принимать, трансформировать и использовать сигналы. Например, аналоговые измерительные преобразователи тока трансформируют электрическую энергию в механическую.
- Резистивные преобразователи изменяют свое электрическое сопротивление под воздействием измеряемой величины. Чтобы обеспечить высокую точность измерений, данные преобразователи комбинируются с резистивными датчиками температуры. Они широко используются в бытовых системах отопления или автоматизации, в производственных инфраструктурах.
Схемы подключения преобразователей сигналов
При подключении необходимо учитывать уникальные факторы каждого преобразователя. У аналоговых преобразователей важно учесть уровень сигнала и принцип работы, обеспечив соответствующую заземленность, а передача данных с дискретными преобразователями требует точного соблюдения протоколов. Приведем примеры разных схем подключения:
- АЦП: часто подключается между датчиком, выдающим аналоговый сигнал (например, температуры или звука), и микроконтроллером, который обрабатывает уже цифровые данные.
- Сигнальные преобразователи с функцией линейного преобразования: подключаются к датчикам, выдающим сигналы в нелинейной зависимости, и преобразуют их в линейные для удобства дальнейшей обработки.
- RS232 в RS485: позволяет подключить модули с различными интерфейсами для передачи данных. Часто применяется в промышленных сетях для расширения дистанции покрытия и увеличения количества устройств в сети.
Схема подключения изоляторов аналоговых сигналов CHENZHU
Области применения преобразования сигналов
Благодаря уникальным возможностям устройств, приспособленных к решению изменения сигнала из одной формы в другую, активно используются в самых разных отраслях промышленности.
Энергетика
Используются для преобразования электрической энергии из одной формы в другую, помогают в управлении и регулировании напряжения, тока, частоты и мощности, а также преобразователи способствуют мониторингу и диагностике состояния энергетических систем.
Телекоммуникации
Преобразователи сигнала в телекоммуникациях выполняют несколько функций. Они используются для усиления сигнала, чтобы обеспечить достаточную мощность и качество передаваемого звука. Кроме того, они обеспечивают совместимость между различными оборудованиями, что позволяет непрерывно находиться в коммуникациях по различным сетям.
Медицинские устройства
В медицинских устройствах они играют важную роль: используются для получения изображений органов и тканей, записывают электрические сигналы сердца, преобразуя их в графическое изображение, которое в дальнейшем анализируется в медицинских целях.
Промышленная автоматизация
Преобразователи сигнала находят свое применение и в промышленной автоматизации. Они могут обеспечить преобразование сигналов с датчиков в цифровые данные для управления и мониторинга различных процессов при помощи программного обеспечения.
Преобразователи сигналов – многофункциональные модули, применяемые в широком спектре сфер. Они служат незаменимым звеном в цепи измерения, обработки и передачи информации: превращают физические значения в удобные для компьютеров цифровые коды и трансформируют компьютерные данные в управляющие сигналы для устройств.
