در یک محیط داده محور ، که در آن سیستم های اتوماسیون و AI/ML (هوش مصنوعی/یادگیری ماشین) جلو و مرکز در سیستم های خودکار هستند ، مبدل ها مهمترین و معمولاً نامرئی ترین نقش را بازی می کنند.
آنها خلیج فارس را بین دنیای فیزیکی و تفسیرهای دیجیتالی مورد نیاز که چنین سیستمهایی باید با آنها کار کنند ، می گذارند. آنها ویژگی ها و واقعیت های فیزیکی و محیطی را به عنوان داده های قابل تفسیر سیستم تفسیر و ارائه می دهند که می توانند در کنترل سیستم کلی یا محلی به طور قابل توجهی مورد تجزیه و تحلیل ، نظارت و استفاده قرار گیرند. فاقد مبدل ها ، سیستم های خودکار - اتوماسیون صنعتی به نظارت بر مراقبت های بهداشتی و الکترونیک مصرفی - در برابر حوادث کور هستند و نمی توانند هیچ نوع کنترل را انجام دهند.
شیرجه عمیق به علم مبدل ها لزوماً بررسی می کند که چگونه آنها دنیای فیزیکی را به داده های قابل استفاده تبدیل می کنند ، انواع متداول را بررسی می کنند ، اصول کاری آنها را نشان می دهد و برنامه هایی را برای وضوح نشان می دهد.
مبدل چیست؟
در هسته آن ، مبدل وسیله ای است که انرژی بین اشکال مختلف را تبدیل می کند. برای جمع آوری و اندازه گیری داده ها ، مبدل ها مقادیر فیزیکی مانند دما ، فشار ، نور ، صدا و حرکت را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. - سیستم های دیجیتال می توانند آنها را پردازش ، ضبط و تجزیه و تحلیل کنند. چنین سیستمهایی نیاز به دانش مجازی دقیق و تکرار شونده در مورد تغییرات در دنیای واقعی دارند.
نقش مبدل این است که رابط بین دنیای واقعی و در حال تغییر و سیستم تجزیه و تحلیل خودکار باشد که نظارت ، تجزیه و تحلیل و پاسخ به تغییرات شناسایی شده توسط این دستگاه ها است. به عنوان یک نمونه بسیار شناخته شده ، یک میکروفون مبدل است که تغییرات در فشار هوا (امواج صوتی ، انرژی مکانیکی) را به یک سیگنال الکتریکی آنالوگ تبدیل می کند. این انرژی را در فشار سریع هوا به سرعت در حال نوسان به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند که می تواند ضبط و تجزیه و تحلیل و در فرآیندهای بعدی اعمال شود.
حسگردر قلب اکثر برنامه ها ، از سنجش محیطی و کنترل فرآیند صنعتی گرفته تا تشخیص پزشکی و الکترونیک مصرفی ، از کنترل پرواز گرفته تا توالتهای گرگرفتگی قرار دارند. توانایی آنها در تبدیل تغییرات فیزیکی به داده های قابل اعتماد و قابل اعتماد ، آنها را به سنگ بنای ظهور فناوری و اتوماسیون تبدیل کرده است.
چگونه مبدل ها ورودی های فیزیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند
درک اصول کار مبدل ها نیاز به درک چگونگی تبدیل پدیده های فیزیکی به خروجی های الکتریکی - هم دیجیتال و هم آنالوگ دارد:
بسیاری از مبدل ها به تغییر در مقاومت برای تبدیل ورودی های فیزیکی به سیگنال های الکتریکی متکی هستند. مثالها شامل سنجهای کرنش است که تغییرات مقاومت را به دلیل تغییر شکل مکانیکی (کشش یا انقباض) اندازه گیری می کند. ترمیستورها ، که تحت تغییرات مقاومت قابل پیش بینی قرار می گیرند که متناسب با دما باشد. و نوارهای دو فلزی که تحت تغییرات فیزیکی متناسب با دما قرار می گیرند.
مبدل های القایی با تشخیص تغییرات در اتصال القایی ، به عنوان یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت می کنند. LVDT ها از این اصل برای اندازه گیری جابجایی استفاده می کنند ، جایی که سنسورهای القایی با فرم بلند می توانند از نوار مس موج سینوسی به عنوان یک منبع القایی استفاده کنند ، اندازه گیری تغییرات چرخه ای را که می توان با شمارش پالس به علاوه تشخیص پالس جزئی تفسیر کرد.
مبدل های خازنی تغییرات در خازن را اندازه گیری می کنند ، که می تواند هنگامی رخ دهد که فاصله بین دو صفحه رسانا با جابجایی متفاوت باشد. این اصل اغلب در سنسورهای فشار و جابجایی مورد استفاده قرار می گیرد و اندازه گیری آنالوگ را تولید می کند که می تواند به طور مستقیم یا با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال (ATOD) تبدیل شود.
مبدل های پیزوالکتریک هنگام اعمال تنش مکانیکی بار الکتریکی تولید می کنند. این ایده آل برای کاربردهایی است که در صورت فرکانس سیگنال نسبتاً زیاد و جابجایی های درگیر ، امواج صوتی یا امواج صوتی باید تشخیص داده شوند. مبدل های پیزو می توانند بسیار حساس باشند و برای ابزارهای علمی و اندازه گیری صدا/لرزش با دقت بالا متداول هستند.
ترموکوپل ها به اثر ترموالکتریک متکی هستند ، جایی که ولتاژ به دلیل دیفرانسیل دما بین دو هادی سیم فلزی متفاوت تولید می شود ، جایی که محل اتصال یک نقطه تشخیص دقیقاً موقعیتی را فراهم می کند.
آینده مبدل ها
با پیشرفت پیشرفت فناوری ، مبدل ها به طور پیوسته در پیچیدگی ، دقت و ظرافت افزایش یافته اند. منطقی است که انتظار داشته باشیم که آنها حتی دقیق تر ، کوچکتر و کارآمدتر از انرژی و همچنین افزایش تنوع تشخیص ها شوند.
اینترنت اشیاء (IoT) ، دستگاه های پوشیدنی و تولید هوشمند تقاضای رانندگی برای فن آوری های مبدل پیشرفته تر ، کوچکتر و مطمئن تر است. پیشرفت در فناوری MEMS (سیستم های میکرو الکترو مکانیکی) همچنین منجر به توسعه کلاس های جدید مبدل های مینیاتوریزه می شود که می توانند در دستگاه های قابل حمل با انرژی کوچکتر و پایین تر ادغام شوند.
استفاده از مبدل های بی سیم ، از بین بردن نیاز به اتصالات فیزیکی بین سنسور و سیستم پردازش داده ها به ویژه در محیط های از راه دور یا خطرناک که اتصالات سیمی ممکن است غیر عملی باشد ، مفید است. گزینه های موجود در این زمینه همچنان گسترش می یابد.
پایان
مبدل ها در بسیاری از زمینه های فناوری مرحله مرکزی هستند و دنیای فیزیکی پیچیده و پویا را به داده های قابل اعتماد و عملی تبدیل می کنند. تبدیل مقادیر فیزیکی مانند فشار ، دما ، نور ، لرزش ، میدان های مغناطیسی ، سطح آلاینده و حرکت به سیگنال های الکتریکی ، مبدل ها نظارت ، کنترل و اتوماسیون فرآیندها را در همه بخش ها امکان پذیر می کنند. فرصت ها و فن آوری های مبدل به احتمال زیاد کاهش نمی یابد ، زیرا فناوری ها برای فعالیت های اجتماعی و تجاری دقیق تر و یکپارچه تر می شوند.
دانستن اصول و روشهای اساسی در کاربردهای مبدل ها یک مهارت کلیدی برای هر کسی است که در مهندسی ، تولید ، مراقبت های بهداشتی و الکترونیک شرکت می کند. درک و تفسیر دنیای واقعی نگرانی اصلی در کلیه برنامه های اتوماسیون است و این حوزه دانش همچنان به گسترش و افزایش ابزار ادامه می دهد.