ترنسدیوسر چیست؟

در این مقاله قصد داریم در مورد ترنسدیوسر، و انواع آن صحبت کنیم.

فهرست مطالب

• 1- ترنسدیوسر چیست؟
• 2- اجزای داخلی ترنسدیوسر
• 3- مزایای تبدیل سیگنال
• 4- طبقه‌بندی ترنسدیوسرها
• 5- ویژگی­ های ترنسدیوسر
• 6- راندمان ترنسدیوسر
• 7- مزایا و معایب ترنسدیوسر
• 8- کاربردهای ترنسدیوسر

————————————————–

1- ترنسدیوسر چیست؟

ترنسدیوسر وسیله ای است که یک شکل از انرژی را به شکل دیگری از انرژی تبدیل میکند. در حالی که یک ترنسدیوسر الکتریکی، یک شکل از انرژی را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند.

از تعریف فوق، در واقع، هم سنسورها، وسایلی که به یک کمیت فیزیکی با سیگنال پاسخ می‌دهند، و هم محرک‌ها، دستگاه‌هایی که به سیگنال‌ها با حرکت فیزیکی (یا عملکرد مشابه) پاسخ می‌دهند، را می‌توان به عنوان ترنسدیوسر در نظر گرفت.

به عنوان مثال، میکروفون یک سنسور است که امواج صوتی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل میکند، و بلندگو یک محرک است که سیگنال های الکتریکی را به سیگنال های صوتی تبدیل میکند.

بنابراین، میکروفون و بلندگو هر دو ترنسدیوسر هستند؛ به این معنا که یک میکروفون انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی و یک بلندگو انرژی الکتریکی را به انرژی صوتی تبدیل میکند. در حالت کلی، خروجی ترنسدیوسر متناسب با ورودی یا کمیت اعمال شده به آن، است.

به عنوان مثال، دما، فشار، نور، صدا، موقعیت و سایر کمیت ها با استفاده از مبدل هایی مانند دماسنج، پیزوالکتریک، پتانسیومتر، میکروفون و غیره به سیگنال الکتریکی متناسب خود تبدیل می شوند.

————————————————–

2- اجزای داخلی ترنسدیوسر

در این بلوک دیاگرام که مربوط به یک سیستم اندازه‌گیری ساده است، دو عنصر اساسی وجود دارد:

– سنسور

–  و واحد تهویه سیگنال

و در انتها از دستگاه نمایش داده استفاده شده‌است.

سنسور

سنسور وسیله ای است که برای تشخیص تغییرات در هر کمیت فیزیکی مانند دما، سرعت، جریان، سطح، فشار و غیره استفاده میشود. هر گونه تغییر در مقدار ورودی توسط یک سنسور تشخیص داده میشود و به عنوان تغییر در کمیت خروجی منعکس میشود. هر دو مقدار ورودی و خروجی یک حسگر فیزیکی هستند، به عبارتی ماهیت غیر الکتریکی دارند.

واحد تهویه سیگنال

مقدار خروجی غیر الکتریکی سنسور، باعث میشود که پردازش آن راحت نباشد.

از این رو، از واحد تهویه سیگنال برای تبدیل خروجی فیزیکی (یا خروجی غیر الکتریکی) سنسور به یک کمیت الکتریکی استفاده میشود.

برخی از شناخته شده ترین واحدهای تهویه سیگنال عبارتند از:

• – مبدل های آنالوگ به دیجیتال
• – تقویت کننده ها
• – فیلترها
• – و یکسو کننده ها

دستگاه نمایش داده ها

از دستگاه نمایش داده، برای ارائه خروجی اندازه‌گیری شده به ناظر استفاده میشود که می تواند یک نمایشگر LCD یا یک ضبط کننده سیگنال باشد.

————————————————–

3- مزایای تبدیل سیگنال

تبدیل کمیت های فیزیکی به سیگنال های الکتریکی، مزایای مختلفی دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره شده‌است:

–  سیگنال های الکتریکی را می توان به راحتی با استفاده از مدارهای الکتریکی مختلف و میکروکنترلرها پردازش کرد.

–  اطلاعات را می توان در قالب یک سیگنال الکتریکی ذخیره کرد و در صورت نیاز، در هر زمان آن را فراخوانی کرد.

–  سیگنال الکتریکی را می توان تقویت و کنترل کرد و آن را به صورت بصری در نمایش داد.

– وسیگنال الکتریکی برای ایجاد ارتباط کاربرپسند، برای کار با هر ابزار، استفاده میشود.

–  سیگنال الکتریکی به طور موثر پردازش میشود و به خودکار کردن یک فرآیند پیچیده کمک میکند.

————————————————–

4- طبقه‌بندی ترنسدیوسر‌ها

4-1- طبقه‌بندی بر اساس اصل انتقال

یک ترنسدیوسر بسته به اینکه چگونه مقدار ورودی را به ترتیب به مقاومت، اندوکتانس یا خازن تبدیل می‌کند، به عنوان ترنسدیوسر مقاومتی، القایی یا خازنی طبقه‌بندی می‌شود.

از نمونه این ترنسدیوسرها می‌توان به ترنسدیوسر پیزوالکتریک، ترموالکتریک، مغناطیسی محدود‌کننده، الکتروکینتیک و نوری اشاره کرد.

4-2- طبقه‌بندی براساس تبدیل خروجی

ترنسدیوسر‌ها بر اساس خروجی به دو نوع اولیه و ثانویه تقسیم‌می‌‍شود.

ترنسدیوسر اولیه، عنصری‌است که به تغییر در پدیده‌های فیزیکی واکنش نشان میدهد. در حالی که ترنسدیوسر ثانویه ، خروجی ترنسدیوسر اولیه (خروجی به شکل حرکت مکانیکی) را به خروجی الکتریکی تبدیل می‌کند. اجازه دهید برای درک بهتر این ترنسدیوسر از یک مثال استفاده‌کنیم.

مطابق شکل، می‌خواهیم برای اندازه‌گیری نیروی فشار از  لودسل و کرنش سنج استفاده‌کنیم. لودسل یک ستون کوتاه یا یک استوانه‌است که سیم مقاومت کرنش سنج به آن متصل‌است. با اعمال نیرو به لودسل، یک کرنش در آن ایجاد می‌شود.

نیرو ابتدا توسط ستون تشخیص داده‌می‌شود و به کرنشی تبدیل‌می‌شود که اساساً یک جابجایی مکانیکی‌است.

هر چه نیروی اعمال‌شده بیشتر باشد، کرنش بیشتری در ستون ایجاد‌می‌شود.

این کرنش مقاومت کرنش سنج را تغییر میدهد.

بنابراین، خروجی بدست‌آمده به شکل تغییر مقاومت و یک کمیت الکتریکی‌است.

تغییر مقاومت کرنش سنج با نیروی اعمالی کالیبره می‌شود و از این رو، خروجی کرنش سنج مستقیماً مقدار نیروی اعمالی را نشان میدهد.

کل فرآیند اندازه‌گیری نیرو با کمک لودسل و کرنش سنج را می‌توان‌به دو قسمت تقسیم کرد.

ابتدا نیروی اعمال‌شده یک حرکت مکانیکی به نام کرنش ایجاد‌می‌کند.

سپس، کرنش سنج به حرکت مکانیکی و فرآیند مربوط به تغییر در مقدار مقاومت، پاسخ میدهد.

بنابراین، می‌بینیم که نیرو در مرحله اول توسط ستون تشخیص داده‌می‌شود که از این رو، به آن ترنسدیوسر اولیه می‌گویند.

سیگنال خروجی از ترنسدیوسر اولیه متعاقباً توسط کرنش سنج به یک خروجی الکتریکی تبدیل‌می‌شود که به همین دلیل به آن ترنسدیوسر ثانویه می‌گویند.

در اکثر سیستم‌های اندازه‌گیری، ترکیبی وجود دارد که در آن یک دستگاه مکانیکی به عنوان ترنسدیوسر اولیه و دستگاه الکتریکی به عنوان ترنسدیوسر ثانویه، با جابجایی مکانیکی به عنوان سیگنال میانی عمل می‌کند.

4-3- طبقه‌بندی براساس منبع تغذیه

ترنسدیوسر ها را می توان بر اساس توان خارجی مورد‌استفاده، به دو نوع تقسیم کرد که عبارتند از:

ترنسدیوسر پسیو

و ترنسدیوسر اکتیو.

ترنسدیوسر پسیو یا غیرفعال:

ترنسدیوسری که برای عملکرد به منبع تغذیه خارجی نیاز دارد، ترنسدیوسر پسیو یا غیرفعال نامیده‌می‌شود.

در واقع این ترنسدیوسر، کمیت فیزیکی را به مقاومت، خازن یا اندوکتانس متناسب تبدیل‌می‌کند که با استفاده‌از یک منبع انرژی خارجی به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌‍شود.

به این نوع ترنسدیوسر، ترنسدیوسر با قدرت خارجی نیز می‌گویند.

پتانسیومتر یا “POT” نمونه‌ای از ترنسدیوسر پسیو است،

که برای تبدیل یک جابجایی خطی به سیگنال الکتریکی استفاده‌می‌شود.

POT در اصل یک سیم مقاومتی‌است که همانطور که در شکل زیر نشان داده‌شده‌است به یک منبع تغذیه خارجی متصل‌می‌شود.

در POT ، مقاومت با تغییر موقعیت یا طول تغییر میکند و در نهایت با استفاده‌از منبع تغذیه به ولتاژ و جریان تبدیل‌می‌شود.

اگر جابجایی خطی xi، ولتاژ خروجی eo، طول سیم مقاومت L و مقاومت کل آن Rt باشد،

 

مقاومت سیم در سراسر eo برابر (Rt/L)xi‌است و از این رو، ولتاژ خروجی eo با قانون تقسیم ولتاژ به صورت زیر بدست می‌آید.

eo =  [ei(Rt/L)xi] / Rt

= ei(xi / L)

xi = (eo/ ei) L

از مثال بالا، واضح‌است که جابجایی خطی نسبت مستقیمی با ولتاژ خروجی برای یک ولتاژ ورودی و طول مقاومت معین، دارد.

همچنین‌می‌توان مشاهده کرد که اگر منبع تغذیه خارجی وصل نباشد، POT نمی تواند کار کند.

بنابراین، می توان گفت که یک ترنسدیوسر غیرفعال به صراحت به منبع تغذیه خارجی نیاز دارد، در غیر این صورت کار نخواهد کرد.

ترنسدیوسر اکتیو یا فعال:

ترنسدیوسر‌های فعال، آنهایی هستند که برای کار کردن به منبع تغذیه خارجی نیاز ندارند.

این بدان معنا نیست که این نوع ترنسدیوسر ها اصلاً به برق نیاز ندارند.

در واقع، قدرت مورد نیاز برای عملکرد ترنسدیوسر از تغییر فیزیکی ناشی‌می‌شود.

از نمونه ترنسدیوسر‌های فعال می‌توان‌به کریستال پیزوالکتریک اشاره‌کرد.

هنگامی که نیروی خارجی بر روی یک کریستال پیزوالکتریک اعمال‌می‌شود، یک نیروی الکترومغناطیسی emf)) در سرتاسر سطح آن ایجاد‌می‌شود که تحت تاثیر اعمال نیرو قرار‌می‌گیرد.

از این ویژگی برای ساخت یک ترنسدیوسر فعال استفاده‌می‌شود.

همچنین، به این نوع ترنسدیوسر، شتاب سنج نیز گفته‌می‌شود و برای اندازه‌گیری شتاب استفاده‌می‌شود.

در یک شتاب سنج، کریستال پیزوالکتریک در بین دو الکترود فلزی، به صورت ساندویچ قرار می‌گیرد و موقعیت آن با بستری که شتاب آن اندازه‌گیری می‌شود، محکم می‌شود.

ترتیب شتاب سنج در شکل زیر نشان داده شده‌است.

هنگامی که بستر با شتاب حرکت میکند، نیرویی متناسب با شتاب به ساندویچ وارد‌می‌شود و بنابراین یک emf در سراسر الکترودها ایجاد‌می‌شود.

این emf مستقیماً با شتاب متناسب‌است و از این رو، نشان‌دهنده شتاب جسم متحرک‌است.

لازم به ذکر‌است، که برای کار کردن یک شتاب سنج به هیچ منبع انرژی خارجی نیاز نیست.

از این رو، به آن ترنسدیوسر فعال می‌گویند.

4-4- ترنسدیوسرهای آنالوگ و دیجیتال

ترنسدیوسرهای آنالوگ:

ترنسدیوسرهای آنالوگ، مبدل‌هایی هستند که خروجی­شان در حوزه زمان، پیوسته‌است و اساساً به این معنی‌است که سیگنال خروجی الکتریکی، تابع پیوسته زمان‌است.

نمونه ای از ترنسدیوسرهای آنالوگ عبارتند از RTD، ترموکوپل، LVDT، RVDT، ترمیستور و غیره در RTD و ترموکوپل، سیگنال خروجی به صورت ولتاژ می‌باشد که همیشه در دسترس‌است.

ترنسدیوسرهای دیجیتال:

ترنسدیوسرهایی که مقدار ورودی را به سیگنال خروجی الکتریکی که به صورت پالس‌است، تبدیل می‌کنند، ترنسدیوسر دیجیتال میگویند.

توجه داشته باشید که خروجی این ترنسدیوسر پیوسته نیست، بلکه به صورت پالس که به معنی گسسته‌است، می‌باشد. از نمونه‌های ترنسدیوسر دیجیتال می توان به، رمزگذار چرخشی، لیمیت سوئیچ و تاکومتر دیجیتال اشاره کرد.

لیمیت سوئیچ، ساده‌ترین نمونه ترنسدیوسر دیجیتال‌است رمزگذار چرخشی برای اندازه‌گیری موقعیت و سرعت زاویه‌ای استفاده‌می‌شود و خروجی آن دیجیتالی‌است. این ترنسدیوسر به طور گسترده در رباتیک، کنترل ماشین آلات دوار مانند کرین استفاد‌‌ه‌می‌شود.4-5- ترنسدیوسرها و ترنسدیوسرهای معکوس:

ترنسدیوسرها:

دستگاه‌هایی که یک کمیت غیر الکتریکی را به کمیت الکتریکی تبدیل می‌کنند، عموماً به عنوان ترنسدیوسر شناخته‌میشوند.

ترنسدیوسرهای معکوس:

دستگاه‌هایی که یک کمیت الکتریکی را به کمیت غیر الکتریکی تبدیل می‌کنند، ترنسدیوسر معکوس نامیده‌می‌شوند.

از نام این ترنسدیوسر مشخص‌است که عملکرد آن، معکوس ترنسدیوسر‌است.در این نوع ترنسدیوسرها، یک سیگنال الکتریکی عمدا به نوعی تغییر فیزیکی تبدیل‌می‌شود.از نمونه ترنسدیوسرهای معکوس می‌توان به کریستال پیزوالکتریک اشاره کرد.

هنگامی که ولتاژ در سطح یک کریستال پیزوالکتریک اعمال‌می‌شود، ابعاد آن را تغییر می‌دهد.بنابراین، کمیت الکتریکی به کمیت فیزیکی تبدیل‌می‌شود.مثال دیگر، یک سیم‌پیچ حامل جریان‌است که در میدان مغناطیسی نگهداری می‌شود.به دلیل تعامل جریان سیم‌پیچ با میدان مغناطیسی، سیم‌پیچ شروع به چرخش‌می‌کند.ترنسدیوسر‌های معکوس عمدتاً در سیستم کنترل برای کنترل پارامترهای مختلف فرآیند مانند فشار، دما، جابجایی و غیره استفاده‌می‌شوند.

4-6- طبقه‌بندی بر اساس اصل عملکرد

ترنسدیوسرها را می‌توان بر اساس اصل عملکرد به انواع مختلفی تقسیم کرد که در ادامه به برخی از آن‌ها پرداخته‌شده‌است.

1) ترنسدیوسر فتوولتائیک

سلول فتوولتائیک یک ترنسدیوسر فعال‌است که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل‌می‌کند.

این ترنسدیوسر از مواد نیمه هادی با اتصال PN ساخته‌شده‌است هنگامی که یک ذره نور وارد محل اتصال میشود، به محل اتصال انرژی می‌دهد و جریان را به بار متصل، منتقل‌می‌کند. این جریان به جریان فوتوالکتریک معروف‌است.

همچنین به عنوان سلول‌های خورشیدی مورد‌استفاده در پنل‌های خورشیدی شناخته‌می‌شود. این سلول‌ها برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی و در نهایت تامین انرژی تجهیزات الکتریکی استفاده‌می‌شوند.

آنها منبع انرژی سبز هستند.

2) ترنسدیوسر فوتو رسانا

ترنسدیوسر فوتو رسانا، وسیله‌ای‌است که رسانایی آن به شدت نور بستگی دارد .LDR (مقاومت وابسته به نور) یک رسانای نوری‌است که رسانایی آن با افزایش شدت نور افزایش می‌یابد. از LDR می‌توان‌برای تبدیل شدت نور به سیگنال الکتریکی استفاده‌کرد.

3) ترنسدیوسر پیزوالکتریک

ترنسدیوسر پیزوالکتریک بر اساس اصل اثر پیزوالکتریک کار می‌کند.

به این ترتیب که انرژی الکتریکی، متناسب با فشار و نیروی وارده بر آن، تولید می‌شود .مواد مختلفی وجود دارند که اثر پیزوالکتریک را ایجاد می‌کنند.

یکی از پرکاربردترین مواد کریستال کوارتز‌است که از اکسید سیلیکون SiO2 ساخته‌شده‌است.هنگامی که نیرویی به آن وارد میشود، بر روی سطح خود، بار ایجاد می‌کند که می توان از این بار، با اتصال الکترودها به سطح آن استفاده‌کرد.

یک ترنسدیوسر پیزوالکتریک برای اندازه‌گیری تغییر فشار، شتاب و غیره استفاده‌میشود.آنها در درب‌های اتوماتیک برای تشخیص رد پا و همچنین، در فندک برای ایجاد جرقه‌های لازم برای احتراق سوخت استفاده‌می‌شوند.میکروفون همچنین بر روی اثر پیزوالکتریک عمل می‌کند تا فشار انرژی صدا را حس‌کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل‌کند.

4) القای الکترومغناطیسی

ترنسدیوسر القایی، بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می‌کند.این ترنسدیوسر تغییر در اندوکتانس بین دو سیم پیچ را اندازه‌گیری می‌کند که البته می‌توان‌با خودالقایی یا القای متقابل نیز انجام داد .در این ترنسدیوسر، از یک هسته متحرک بین سیم‌پیچ­‌ها برای تغییر اندوکتانس بین آن­ها استفاده‌می‌شود.

کمیت­های فیزیکی مانند جابجایی، نیرو، گشتاور، شتاب نیز قابل اندازه‌گیری هستند.

5) ترنسدیوسر اثر هال

چنین ترنسدیوسری بر اساس اصل اثر هال کار می‌کند.

این ترنسدیوسر می‌تواند میدان مغناطیسی را تشخیص دهد و آن را به سیگنال الکتریکی متناسب با بزرگی میدان مغناطیسی تبدیل کند. ترنسدیوسرهای اثر هال برای تشخیص نزدیکی و موقعیت، تشخیص سرعت در سرعت سنج و غیره استفاده‌می‌شوند.

6) ترنسدیوسر ترموالکتریک

این یک ترنسدیوسر دما‌ست که انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی تبدیل‌می‌کند. ترموکوپل، یک ترنسدیوسر ترموالکتریک‌است که دو پایانه دارد و بر اساس اختلاف دمای بین پایانه‌های خود، انرژی الکتریکی تولید می‌کند.

7) ترنسدیوسر الکترواستاتیک

ترنسدیوسر الکترواستاتیک از دو الکترود یعنی شارژ الکترود ثابت و متحرک با قطبیت مخالف ساخته‌شده‌است.

هنگامی که الکترود متحرک حرکت‌می‌کند، ظرفیت بین الکترودها و در نهایت ولتاژ اعمال‌شده را تغییر میدهد.تغییر ولتاژ، متناسب با جابجایی الکترود‌است.

8) ترنسدیوسر الکترومکانیکی

ترنسدیوسر الکترومکانیکی، حرکت مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این ترنسدیوسر برای سنجش و اندازه‌گیری جابجایی و موقعیت مکانیکی استفاده‌می‌شود.

4-7- طبقه‌بندی براساس مقادیر اندازه‌گیری

انواع مختلفی از ترنسدیوسرها برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مختلف‌استفاده می‌شوند که عبارتند از:

1) ترنسدیوسر فشار

ترنسدیوسری که فشار وار‌دشده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند، ترنسدیوسر فشار نامیده‌می‌شود.

این ترنسدیوسر از یک ماده الاستیک تشکیل شده‌است که با وارد شدن فشار به آن خم می‌شود و همین خم شدن به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.

برخی از کاربردهای ترنسدیوسرهای فشار عبارتند از:

1- اندازه‌گیری فشار داخل مخزن گاز و تشخیص هرگونه نشتی در صورت افت فشار

2- نظارت بر جریان مواد

2) ترنسدیوسر دما

ترنسدیوسرهای دما، دمای محیط را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند و می‌توانند دما و همچنین هرگونه تغییر در آن را اندازه‌گیری کنند.

ترموکوپل، ترمیستور نمونه ای از ترنسدیوسر دما‌ست، که برای اندازه‌گیری دما استفاده‌میشود.

این ترنسدیوسر برای نظارت بر دمای تجهیزات و همچنین کنترل و حفظ دمای داخل یک اتاق استفاده‌می‌شود.

3) ترنسدیوسر التراسونیک

ترنسدیوسر التراسونیک، امواج فراصوت را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

در واقع، امواج فراصوت از سطحی که توسط این ترنسدیوسر شناسایی میشود، منعکس می‌شوند.

از این ترنسدیوسر برای تشخیص یک شی در مقابل آن و همچنین اندازه‌گیری فاصله بین جسم و ترنسدیوسر استفاده‌می‌شود.

سرعت امواج مافوق صوت برابر با سرعت صوت‌است که در محاسبه فاصله استفاده‌می‌شود.

4) ترنسدیوسر جابجایی

ترنسدیوسر جابجایی حرکت خطی یا ارتعاش را به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌کند.

این ترنسدیوسر می‌تواند تغییر در جابجایی را حس کند و همچنین موقعیت دقیق یک جسم را اندازه‌گیری کند.

و برای اندازه‌گیری تغییر جابجایی از اصول مختلف عملکردی مانند مقاومتی، خازنی و القایی و غیره استفاده‌می‌کند.

پتانسیومتر LVDT (ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی)، نمونه ای از ترنسدیوسر جابجایی‌است که برای اندازه‌گیری جابجایی خطی استفاده‌می‌شود.

5) ترنسدیوسر جریان

ترنسدیوسر جریان، جریان گاز و مایع را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند و برای اندازه‌گیری سرعت جریان هر گاز یا مایع استفاده‌می‌شود.

6) ترنسدیوسر القایی

یک ترنسدیوسر القایی بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می‌کند تا تغییر در خود القایی آن را تشخیص دهد.

این ترنسدیوسر دارای یک سیم‌پیچ‌است که به دلیل گردش جریان، میدان مغناطیسی ایجاد میکند.

هنگامی که جسمی مانند فلز وارد میدان مغناطیسی می‌شود، اندوکتانس آن تغییر می‌کند که توسط یک سوزن منحرف‌کننده تشخیص داده‌می‌شود.

از این ترنسدیوسر در فلزیاب‌ها و شمارنده اشیا و غیره استفاده می‌شود.

7) ترنسدیوسر کرنش سنج یا استرین گیج

ترنسدیوسر کرنش سنج کمیت فیزیکی مانند تنش یا کرنش مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌کند.

این ترنسدیوسر از یک ماده الاستیک با اثر کمی از هادی، ساخته‌شده‌است که با وارد شدن نیرو به آن نمی‌شکند.

در واقع، این ترنسدیوسر بر اساس اصل تغییر در هدایت الکتریکی یا مقاومت رسانا کار میکند.

به طوریکه با وارد شدن نیرو، خم‌شده و هادی طولانی تر و باریک تر می‌شود.

بنابراین، مقاومت هادی تغییر میکند.

تغییر در مقاومت به سیگنال الکتریکی با استفاده از فرمولی که متناسب با تنش اعمال شده بر روی آن‌است، تبدیل‌می‌شود.

ترنسدیوسرهای استرین گیج عمدتاً برای اندازه‌گیری تنش و کرنش در زمینه مهندسی عمران استفاده‌می‌شوند.

8) ترنسدیوسر شتاب

شتاب سنج، ترنسدیوسری است‌که شتاب جسم را به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌کند.

شتاب زمانی ایجاد می‌شود که بر یک جسم نیرو وارد شود.

این ترنسدیوسر می‌تواند تغییر سرعت را حس کند.

شتاب سنج از اصول عملیاتی مختلفی استفاده‌می‌کند.

یک کریستال پیزوالکتریک می‌تواند نیروی وارد بر آن را حس کند و یک سیگنال الکتریکی متناسب با نیرو تولید کند.

بنابراین، می‌تواند شتاب را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کند.

————————————————–

5- ویژگی­‌های ترنسدیوسر

برخی از ویژگی‌های ترنسدیوسر، عملکرد کلی آن را مشخص می‌کنند.

این ویژگی‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند و عبارتند از:

ویژگی‌های استاتیک

ویژگی‌های دینامیک

در ادامه به بررسی هریک می‌پردازیم.

5-1- ویژگی‌های استاتیک

این ویژگی‌ها به تغییر در سیگنال ورودی یا زمان، بستگی ندارند و تغییر نمی‌کنند. در ادامه برخی از ویژگی‌های استاتیک آورده‌شده‌است:

1) دقت

دقت ترنسدیوسر، حداکثر تفاوت بین مقدار واقعی آن و مقدار نشان داده‌شده‌است، که در درصدی از ارزش واقعی بیان می‌شود. یک ترنسدیوسر باید دقت بالایی برای اندازه‌گیری کمیت فیزیکی دقیق داشته‌باشد.

2) خطی بودن

توانایی یک دستگاه برای تغییر خطی خروجی با سیگنال ورودی، خطی بودن نامیده‌می‌شود.

خروجی متناسب با سیگنال ورودی‌است.

یک ترنسدیوسر با ویژگی خطی بودن، دارای قرائت دقیق‌است و به راحتی می تواند سیگنال را به مقدار خروجی مربوطه خود تبدیل کند.

3) قدرتمند

یک ترنسدیوسر باید بتواند شرایط محیطی شدید و استرس مکانیکی را تحمل کند و عملکردش تحت تأثیر محیط قرار نگیرد.

4) تکرارپذیری

یک ترنسدیوسر می‌بایست توانایی لازم برای تولید چندین سیگنال خروجی یکسان را، در صورت اعمال سیگنال ورودی مشابه داشته‌باشد.

سیگنال خروجی باید خود را تکرار کند و با زمان تغییر نکند.

5) ثبات

توانایی یک ترنسدیوسر برای ارائه خروجی پایدار و بدون نوسان، از ویژگی‌های استاتیکی ترنسدیوسر‌است.

6) حساسیت

توانایی یک دستگاه برای درک کوچکترین تغییر در یک کمیت فیزیکی و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی، حساسیت نامیده‌می‌شود.

دستگاهی که حساسیت بالاتری دارد، می‌تواند با دقت بیشتری اندازه‌گیری کند.

7) اندازه

یک ترنسدیوسر با اندازه کوچک، برای نصب دستگاه‌های فشرده بدون دربرگیری فضای زیاد، بسیار مهم‌است.

5-2- ویژگی‌های دینامیک

ویژگی‌های دینامیکی یک ترنسدیوسر به زمان بستگی دارد و ممکن‌است کمی متفاوت باشد.

در ادامه به برخی از ویژگی‌های دینامیکی یک ترنسدیوسر پرداخته شده‌است:

1) محدوده دینامیکی

محدوده دینامیکی نسبت بین بالاترین دامنه و کمترین دامنه‌ای‌است که دستگاه می تواند به طور موثر تبدیل کند.

ترنسدیوسری که محدوده دینامیکی بالایی دارد عملکرد و حساسیت بهتری دارد.

2) خطا

خطا تفاوت‌بین قرائت اندازه‌گیری‌شده و قرائت واقعی‌است.

خطا می‌تواند ناشی از عوامل مختلفی باشد.

3) سرعت

سرعت ترنسدیوسر نقش حیاتی در عملکرد آن دارد، زیرا نشان‌می‌دهد که با چه سرعتی یک کمیت فیزیکی را به یک سیگنال الکتریکی پایدار تبدیل‌می‌کند.

4) نویز

نویز یک سیگنال ناخواسته تصادفی‌است که سیگنال اصلی را تحریف‌کرده و خطا ایجاد‌می‌کند.

ترنسدیوسر، نویز را به سیگنال خود اضافه‌می‌کند.

سیگنال با دامنه کم بیشتر از سیگنال با دامنه بالا تحت تأثیر نویز قرار‌می‌گیرد.

5) هیسترزیس

هیسترزیس توانایی دستگاهی‌است که خروجی آن نه تنها به ورودی فعلی، بلکه به ورودی قبلی نیز بستگی دارد.

————————————————–

6- راندمان ترنسدیوسر

راندمان یک ترنسدیوسر نسبت توان خروجی به توان ورودی آن‌است.

درصد راندمان ترنسدیوسر هرگز 100٪ نیست؛ زیرا بخشی از انرژی در طول فرآیند تبدیل هدر می‌رود.

به عنوان مثال، راندمان یک سلول فتوولتائیک کمتر از 30٪‌است، چراکه بیشتر انرژی به صورت گرما و انعکاس تلف می‌شود.

————————————————–

7- مزایا و معایب ترنسدیوسر

مزایا

در این بخش، به برخی از مزایای ترانس دیوسر پرداخته‌شده‌است که عبارتند از:

-سیگنال الکتریکی یک ترنسدیوسر را می‌توان به راحتی و به سرعت با استفاده‌از مدارهای الکتریکی و ریزپردازنده‌ها، پردازش کرد.

– ترنسدیوسر برای کنترل سیگنال‌های الکتریکی به انرژی کمتری نیاز دارد و از این رو انرژی کارآمدتری دارد.

-انتقال و دریافت سیگنال الکتریکی در فواصل طولانی آسان‌تر‌است.

-سیگنال الکتریکی را می‌توان به راحتی تقویت، اضافه و با سیگنال‌های دیگر ترکیب کرد.

-تکنولوژی مدرن روز به روز کوچکتر و فشرده‌تر‌می‌شود.

بنابراین، سیگنال‌های الکتریکی را می توان با استفاده‌از ابزارها و وسایل بسیار کوچک پردازش و ذخیره کرد.

-هیچ قطعه مکانیکی در ساختار آن درگیر نیست، بنابراین، مشکل سایش و پارگی مکانیکی را کاهش میدهد.

معایب

برخی از معایب ترنسدیوسر عبارتند از:

-برخی از ترنسدیوسر‌ها به‌ویژه آنهایی که دقیق‌تر هستند، نسبتاً بسیار گران هستند.

-ترنسدیوسرها در مقایسه با ابزارهای مکانیکی در استفاده‌طولانی مدت، قابل اعتماد نیستند.

-نویز در سیگنال الکتریکی می تواند بر دقت اندازه‌گیری تأثیر بگذارد.

-عملکرد ترنسدیوسر با باتری، تحت تأثیر شارژ باقی‌مانده در باتری‌است.

————————————————–

8- کاربردهای ترنسدیوسر

تبدیل‌هر کمیت فیزیکی به سیگنال الکتریکی تقریباً در هر زمینه‌ای استفاده‌می‌شود.

در این بخش به برخی از کاربردهای ترنسدیوسرها اشاره میکنیم.

-در ابزار پزشکی، بیومدیکال، ترنسدیوسرهای مختلفی برای کمک به تشخیص بیماری مانند دستگاه‌های سونوگرافی، دماسنج، ECG، ECHO، CT، MRI و سایر ابزارها استفاده‌می‌شوند.

این دستگاه ها، سیگنال های مختلف تولید شده از بدن ما را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند و روی صفحه، نمایش میدهند.

-در ساخت و سازهای عمرانی از کرنش سنج برای اندازه‌گیری تنش ساختمان، پل و … استفاده‌می‌شود.

-دما به یک سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌شود که برای حفظ دما در یک اتاق، پردازش‌می‌شود.

از ترنسدیوسر در اعلام حریق نیز استفاده‌می‌شود.

-ترنسدیوسری مانند آنتن، سیگنال الکترومغناطیسی را به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌کند که امکان انتقال داده‌ها را در مسافت طولانی فراهم‌می‌کند.

-فشار هر مایع یا گازی به راحتی با استفاده‌از ترنسدیوسر اندازه‌گیری می‌شود.

-ترنسدیوس هایی مانند میکروفون، امواج صوتی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل‌می‌کنند که می‌توانند تقویت، پردازش، اصلاح و ذخیره شوند.

-ترنسدیوسر های فوتوالکتریک مانند سلول های خورشیدی منبع انرژی سبز هستند.

آنها برای تولید انرژی الکتریکی از انرژی خورشیدی استفاده‌می‌شوند.

سایر LDR‌ها، فتودیودها و فتوترانزیستورها، در پروژه‌های مختلف الکتریکی استفاده‌می‌شوند.

-ماشین‌های بدون راننده مدرن بر مبنای ترنسدیوسر‌هایی کار می‌کنند که سیگنال‌های مختلف اطراف خود را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل‌می‌کنند و آنها را برای تصمیم‌گیری پردازش می‌کنند.

-در رباتیک، ربات‌ها برای درک و پردازش مقادیر واقعی با استفاده‌از ریزپردازنده‌های خود، به ترنسدیوسر‌ها وابسته هستند.

به طور کلی، ما در زندگی روزمره خود از ترنسدیوسرهای متعددی استفاده میکنیم،به طوریکه تقریباً در هر وسیله یا ابزار الکتریکی، یک ترنسدیوسر تعبیه شده‌است.

————————————————–

مراجع

What is a Transducer? Types of Transducers and Applications

Different Types of Transducers

Different Types of Transducers | Characteristics, Classification, Applications