En transducer er en elektronisk enhed, der bruges til at ændre energi fra en form til en anden. Generelt ændrer en transducer en form for energisignal til en anden form for energisignal. Eksempler på en transducer er; mikrofoner, solceller, glødepærer, elektriske motorer osv. Disse enheder bruges ofte, hvor elektriske signaler ændres til andre fysiske størrelser som kraft, energi, lys, drejningsmoment, position, bevægelse osv. Der er forskellige typer transducere som strøm, tryk, magnetfelt, termoelement , piezoelektrisk, strain gauge , gensidig induktion og elektromekanisk transducer. Denne artikel diskuterer en oversigt over en elektromekanisk transducer – arbejde med applikationer.
Hvad er en elektromekanisk transducer?
En elektromekanisk transducer er en type enhed, der bruges til at konvertere enten et elektrisk signal til lydbølger som i en højttaler (eller) konvertere en lydbølge til et elektrisk signal som i en mikrofon. Med andre ord er indretningen, som omdanner mekanisk bevægelse til elektriske signaler, kendt elektromekanisk transducer . Eksempler på elektromekaniske transducere er; en højttaler, en piezoelektrisk transducer, en mikrofon og permanent-magnet instruments målemekanisme.
Elektromekanisk transducers arbejdsprincip
En elektromekanisk transducer fungerer simpelthen ved at ændre mekanisk bevægelse til variationer af en strøm eller spænding og omvendt. Disse transducere bruges hovedsageligt som aktiveringsmekanismer inden for automatiske kontrolsystemer og også som sensorer for mekanisk bevægelse inden for måle- og automationsteknologi. Klassificeringen af disse transducere kan udføres baseret på konverteringsprincippet, der anvendes som elektromagnetiske, resistive, magnetoelektriske, elektrostatiske typer og også typen af o/p-signal som analoge og digitale typer.
Disse typer transducere estimeres med hensyn til deres statiske og dynamiske karakteristika, følsomheden E = Δy/Δx, den statiske signalfejl, o/p-signalets driftsfrekvensområde og den statiske konverteringsfejl.
Elektromekanisk transducerdiagram
Den elektromekaniske transducer, som bruges til at implementere kapnografiteknikken, er vist nedenfor. Studiet af kuldioxidudløb kaldes kapnometri. Den elektromekaniske transducer i det følgende diagram har en IR-lyskilde, der producerer bredspektret stråling i området 2 til 16 µm. IR-strålingskilder, der bruges i kapnografi, bør have ensartet emissivitet, høj irradians, spektral ensartethed og stort strålingsområde. Fra rigtige kilder er strålingen altid lav sammenlignet med en ideel sort krop, som har den højeste emissivitet.
Kvarts-wolfram-halogenlampens varme glødetråd giver simpelthen et stærkt nær-IR-output. I ovenstående diagram passerer den bredbånds infrarøde lysstråle gennem et IR-filter, hvorefter den transmitterer lys i den maksimale absorptionsbølgelængde af CO2 som 4,26 µm med 0,07 µm båndbredde. Ved lave frekvenser samples lysstrålen gennem et roterende chopperhjul. Når først dette hjul drejer, er deres re en position, hvor infrarødt lys transmitteres gennem prøvekammeret, og strålingen absorberes gennem tilgængelige CO2-molekyler i udåndingsluften.
I en anden position transmitteres infrarødt lys gennem prøven og referencekamrene. Her er referencekammeret forseglet med CO2. På det resterende sted krydser intet lys det roterende hjul. Strålingen, der transmitteres gennem hjulet, blev ikke absorberet gennem CO2-molekyler og opsamles simpelthen af fotodetektoren, generelt en GeAs fotodiode .
Den pulserede fotodiode o/p strømfrekvens svarer til samplingen og dens amplitude justeres gennem mængden af transmitteret stråling. Den oscillerende signalintensitet behandles for at bestemme koncentrationen af CO2 i patientens åndedræt. Så ved at bruge kapnografiteknikken i realtid, kan patientens ventilationsstatus og også potentielle vejrtrækningskomplikationer overvåges af sundhedsudbydere.
Elektromekaniske transducertyper
Der er forskellige typer elektromekaniske transducere, som diskuteres nedenfor.
Lineær variabel differentialtransformator
LVDT er en elektromekanisk transducer, der bruges til at ændre objektets retlinede bevægelse, som den er forbundet mekanisk til en variabel spænding, strøm eller elektrisk signal. Se venligst dette link for at vide mere om LVDT.
Se venligst dette link for at vide mere om LVDT .
Elastomere transducere
Den elastomere transducer er en elektromekanisk transducer, der bruges til at ændre elektrisk energi til mekanisk energi. De polymere strukturer, der optimerer disse transducere, afhænger hovedsageligt af dielektriske egenskaber. De optimerede elementer består af silikone Q, polydimethylsiloxan PDMS og semikrystallinsk polyurethan PUR. Så halvkrystallinsk polyurethan foretrækkes hovedsageligt på grund af dets dielektriske konstantområde fra 3 til 10 og høj ionisk ledningsevne, især ved forhøjede temperaturer. Dielektrisk konstantområde for polydimethylsiloxan er forholdsvis lavt fra 2,5 til 3, og silikone Q svarer til semikrystallinsk polyurethan, selvom det har en lav glasovergangstemperatur.
Piezoelektrisk nanogenerator
Den piezoelektriske nanogenerator er en type elektromekanisk transducer, der bruges til at ændre energien fra mekanisk til elektrisk ved hjælp af piezoelektriske ZnO nanotråde, som kan aktiveres gennem små fysiske bevægelser og arbejde i et stort frekvensområde. Disse bruges i innovative sundhedsapplikationer på grund af deres enkle implementering, selvforsynende natur og højeffektive energiomdannelse som elektrisk stimuleringsterapi, i løbet af aktiv detektering og menneskelig biomekanisk energihøst til mellemkraft over kropsenheder.
Dielektriske elastomerer
Dielektrisk elastomer (DE'er) er en elektromekanisk transducer, der bruges til at ændre elektrisk energi til mekanisk energi. Disse elastomerer fungerer i to tilstande som aktuator og generel. I aktuatortilstand ændrer den energien fra elektrisk til mekanisk, mens den i generel tilstand konverterer energien fra mekanisk til elektrisk. Det er smarte materialesystemer, der genererer store belastninger. Disse tilhører gruppen af elektroaktive polymerer. Disse har en høj elastisk energitæthed og er lette.
Fordele og ulemper
Det fordelene ved elektromekaniske transducere diskuteres nedenfor.
- Denne transducerudgang kan nemt bruges ved at transmittere og behandle til måleformål.
- De elektriske systemer styres med et ekstremt lille effektområde.
- Disse transducere vil reducere friktionseffekterne såvel som andre mekaniske ikke-lineariteter.
- På grund af den integrerede kredsløbsteknologi er mange systemer kompakte, bærbare og mindre vægtige.
- Der er ingen chance for mekaniske fejl.
- Problemer med masseinerti kan reduceres.
- Ingen mekanisk slitage.
Det ulemper ved elektromekaniske transducere diskuteres nedenfor.
- Denne transducer er dyr.
- Under kredsløbsdesign bør ældningseffekterne og aktive komponenters drift af parametre tages i betragtning. Så dette vil gøre designet komplekst.
Ansøgninger
Det anvendelser af en elektromekanisk transducer diskuteres nedenfor.
- Den elektromekaniske transducer bruges til at ændre et elektrisk signal til lydbølger eller lydbølger til et elektrisk signal.
- Denne transducer ændrer fysisk bevægelse til en o/p-spænding, amplituden og fasen, hvor disse er proportionale med positionen.
- Denne transducer modtager bølger fra et elektrisk system og sender dem til et mekanisk system.
- Disse bruges til at måle vibrationer.
- Dette bruges til at give det lineære output, der er proportionalt med input af vinkelforskydning.
- En elektromekanisk transducer som RVDT bruges hovedsageligt til måling af vinkelforskydning.
- Denne enhed ændrer signalet fra elektrisk til mekanisk eller fysisk o/p gennem bevægelige dele.
- Denne type transducer er hovedsageligt designet til at udskifte drejningsmomentmotoren i den faste dyseflappers servohane.
- RVDT elektromekanisk transducer konverterer en genstands retlinede bevægelse, som den er mekanisk forbundet til, til et tilsvarende elektrisk signal.
Hvad er forskellen mellem en elektromekanisk transducer og en elektrokemisk transducer?
Den elektromekaniske transducer er en enhed, der enten ændrer et elektrisk signal til lydbølger ellers ændrer en lydbølge til et elektrisk signal. Den elektrokemiske transducer bruges til at rapportere ændringer i form af et elektrisk signal, som er proportional direkte med analytkoncentrationen.
Hvordan vælger du den rigtige elektromekaniske transducer til en bestemt applikation?
Der er mange parametre, der skal overvejes, når man vælger en elektromekanisk transducer, såsom driftsområde, nøjagtighed, driftsprincip, følsomhed, belastningseffekt, miljøkompatibilitet osv.
Kan elektromekaniske transducere bruges i farlige miljøer?
Når en elektromekanisk transducer er elektrisk forbundet med udstyr i et farligt miljø, skal der anvendes en elektrisk sikkerhedsbarriere i serie ved forbindelsen.
Hvordan kalibrerer man en elektromekanisk transducer?
Den mekaniske transducer skal kalibreres i hele dens levetid, fordi følsomheden af denne transducer ændres baseret på brugen og de belastninger, der påføres de materialer, de er lavet af. Så en gensidighedsmetode bruges til at kalibrere en elektromekanisk transducer, som giver en beskrivelse af princippet for teknikken og derefter dens anvendelser, mens en elektromekanisk transducer kalibreres.
Hvad er nogle almindelige fejlfindingstip for elektromekaniske transducere?
- Fejlfindingen bruges til at kontrollere, om en transducer fungerer eller ej med et voltmeter. Tilslut denne transducer til voltmeteret og excitér transduceren gennem den korrekte excitationsspænding. Mål derefter transducerens udgangsspænding uden belastning.
- Sørg for, om belastning og tryk er konstant eller ej.
- Bekræft excitationsstrømforsyningens stabilitet.
- Tjek millivolt o/p gennem voltmeteret.
- Sørg for RFI- eller EMI-interferens.
Dette er således en oversigt over elektromekaniske transducer – virker princip, typer, fordele, ulemper og anvendelser. En transducer, der modtager bølger fra et elektrisk system og sender dem til et mekanisk system, er også kendt som en elektromagnetisk transducer. Her er et spørgsmål til dig, hvad er en transducer?
