محول إشارة

المبدّل أو محوّل الطاقة أو محوّل الإشارة، (بالإنجليزية: Transducer)‏. تعريفه عام: «وسيلة لتحويل الطاقة من صورة إلى أخرى»، إلا أن المراد غالبا جهاز يحول الطاقة من صورة ميكانيكية إلى كهربية.

تستخدم محولات الإشارة في أنظمة الاتصال الإلكترونية لتحويل إشارات الكميات الفيزيائية المختلفة إلي إشارات كهربائية و العكس.
في هذا المثال يعتبر المحول الأول المستقبل للإشارة الصوتية من الفم أنه ميكروفون, في حين يعتبر المحول الثاني المستقبل للإشارة عند الأذن أنه مكبر للصوت.
تخرج الإشارة (بالإنجليزية: Signal)‏ من الفم فتدخل المحول (بالإنجليزية: Transducer)‏ الأول ليحولها إلى إشارة كهربائية (بالإنجليزية: Electronic Signal)‏ ثم تدخل إلى معالج للإشارة الكهربائية لتعديل فرق جهدها (بالإنجليزية: Volt)‏ و التيار (بالإنجليزية: Current)‏ ثم بعد ذلك تدخل إلى جهاز إرسال(بالإنجليزية: Transmitter)‏ ليرسلها علي هيئة موجة كهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Electromagnetic wave)‏ ثم يتسلمها مستقبل إشارة(بالإنجليزية: Receiver)‏ ليحولها إلى إشارة كهربائية مرة أخرى تدخل إلى المحول الثاني فيحولها لإشارة صوتية ويكبرها لتستقبلها الأذن


قرص تخزين بيانات مغناطيسي
شريط مغناطيسي يٌستخدم في التسجيل الصوتي
طارة تحتوي علي مغناطيسين يمران بمستعشر تأثير هال
خلية حمل ضغط
مستشعر ضغط
يوضح الشكل موجة جهاز السونار المرسلة باللون الأحمر و المستقبلة بعد الإنعكاس باللون الأخضر و كل من جهاز الإرسال والإستقبال (بالإنجليزية: Sender/Receiver)‏ و الجسم المرصود باللون الأزرق, و المسافة بينهما r.
ميكروفون مائي

في حالات كثيرة غالبا ما تكون الكمية المراد قياسها غير كهربية ولتسجيل أو تداول الكمية المقاسة في عمليات التحكم فإنه يلزم غالبا تحويلها إلى كمية كهربية.

أنواع محولات الإشارة

تتنوع محولات الإشارة بناء على تصنيفاتها المختلفة كالتالي:

أساس عملية تحويل الإشارة

يقصد بأساس عملية التحويل نوع الكمية الفيزيائية التي يتم التحويل على أساس التغير في قيمتها، كأن تكون مقاومة كهربية أو سعة كهربية أو غير ذلك.

التحويل أولي أم ثانوي

بعض وسائل القياس قد تحتوي على أكثر من مرحلة لتحويل الإشارة، وهنا يكون المحول الأولي (بالإنجليزية: Primary Transducer)‏ هو الذي يقوم بأول مرحلة للتحويل.
أما المحول الثانوي (بالإنجليزية: Secondary Transducer)‏ فيقوم بعمليات تحويل تالية أو ثانوية.

عملية التحويل فعالة أم غير فعالة

عندما تتم عملية التحويل بصورة غير فعالة فإن هذا يعني أن المحولات تحتاج لمصدر طاقة خارجي لإجراء عملية القياس أو تحويل إشارة القياس.
و تعرف المحولات هنا بأنها محولات غير فعالة (بالإنجليزية: Passive Transducers)‏.
و مثال على ذلك عملية قياس الانفعال (بالإنجليزية: Strain)‏ باستخدام قنطرة هويتستون حيث يلزم وجود مصدر طاقة كهربائية في دائرة القياس.
أما عندما تتم عملية التحويل بصورة فعالة فإن هذا يعني أن المحولات يتم فيها تحويل الإشارة باستخدام الطاقة الموجودة في الإشارة المقاسة نفسها.
و تعرف المحولات هنا بأنها محولات فعالة (بالإنجليزية: Active Transducers)‏.
و مثال على ذلك الازدواج الحراري (بالإنجليزية: Thermocouple)‏ حيث يتولد تيار في دائرة القياس ناتج عن فرق درجات الحرارة.

التحويل رقمي أم تناظري

بعض المحولات يتم فيها تحويل الإشارة تحويل رقمي حيث تكون الإشارة الناتجة فيه متقطعة، وتعرف هذه المحولات بأنها محولات رقمية (بالإنجليزية: Digital Transducers)‏.
أما التحويل التنظاري فتكون الإشارة الناتجة مستمرة، وتعرف المحولات التي يتم فيها تحويل الإشارة تناظريا بأنها محولات تناظرية (بالإنجليزية: Analogue Transducers)‏.

محول أم محول عكسي

يقصد بمحول الإشارة العكسي (بالإنجليزية: Inverse Transducer)‏ المحول الذي يقوم بتحويل الإشارة الكهربية إلى ميكانيكية، وهذا يتضح في عمليات التحكم، والتي هي من أهم أهداف عملية القياس حيث يقوم المحول العكسي بعمل حركة ميكانيكة ناتجة عن إشارة كهربية.
مثال على ذلك محطات القوى البخارية حيث يتم التحكم في الصمامات أليا عن طريق الهواء المضغوط, و يكون الجزء المسئول عن إدخال الهواء وكميته و توقيته هو المحول العكسي.

الخصائص المثالية
  • مدى القياس كبير.
  • إمكانية التكرارية لعملية القياس بشكل كبير.
  • ضوضاء منخفضة.
  • التخلفية والخطأ في القياس منخفضة مما يعني ارتفاع الدقة.

التطبيقات

كهرومغناطيسية
  • هوائي (بالإنجليزية: Antena)‏: يحول الموجات الكهرومغناطيسية إلي إشارات كهربية والعكس.
  • لفيفة كهرومغناطيسية(بالإنجليزية: Magnetic cartridge)‏ : تحول الحركة النسبية إلى إشارات كهربية والعكس.
  • الشريط المغناطيسي(المستخدم في شرائط الكاسيت) و قرص تخزين البيانات المغناطيسي: يحول المجالات المغناطيسية الموجودة على وسط ممغنط إلى إشارات كهربية والعكس.
  • مستشعر تاثير هال (بالإنجليزية: Hall effect sensor)‏: هو محول يغير الجهد الكهربي الخارج منه استجابة لمجال مغناطيسي، وتستخدم مستشعرات تاثير هال في تطبيقات تحديد موضع الأجسام و السرعة.

كهروكيميائية

كهروميكانيكية

تٌسمى عموما الأجهزة الكهربائية ذات الخرج الميكانيكي بالمشغلات الميكانيكية (المحركات) (بالإنجليزية: Actuators)‏, منها على سبيل المثال:

  • جهاز التسارع(بالإنجليزية: Accelerometer)‏.
  • مستشعر تدفق الهواء.
  • البوليمرات الناشطة كهربائيا.
  • الموتور الدوار والموتور الخطي.
  • الجلفانوميتر.
  • محول المتغيرات التفاضلية الخطية ومحول المتغيرات التفاضلية الدوارة: محولات كهربية تستخدم لقياس التغير الخطي والزاوي في الإزاحات.
  • خلية الحِمل (بالإنجليزية: Load cell)‏: تحول القوة المؤثرة إلى جهد كهربي بالمللي فولت أو الفولت عن طريق استخدام مقياس الانفعال (بالإنجليزية: Strain gauge)‏.
  • أنظمة كهروميكانيكية مصغرة.
  • مقياس الجهد( عند استخدامه لتحديد الموضع).
  • مستشعر الضغط.
  • مقياس الانفعال.
  • شريحة قياس الجهد (بالإنجليزية: string potentiometer)‏ : محول يستخدم لتحديد وقياس التحرك الخطي والسرعة باستخدام كابل مرن وإسطوانة محملة بزنبرك ومستشعر دوار.
  • مستشعر اللمس.
  • محول يعمل بالاهتزاز (بالإنجليزية: Vibration powered generator)‏.

كهروسمعية
  • مكبر الصوت و السماعة: يحولان الإشارات الكهربية إلى صوت (إشارة كهربية مكبرة>>مجال مغناطيسيي>> حركة>>ضغط هواء).
  • ميكروفون: يحول الموجات الصوتية إلى إشارات كهربية (ضغط هواء>>حركة موصل كهربائي>> مجال مغناطيسيي>>إشارة كهربية).
  • اللاقط الموسيقي: يحول حركة الأوتار المعدنية إلى إشارات كهربية.
  • محول اللمس: يحول الإشارات الكهربية إلى اهتزازات.
  • البلور الكهروضغطي: يحول اهتزازات طبقات البلور الصلبة إلى إشارات كهربية والعكس.
  • الميكروفون الأرضي (بالإنجليزية: Geophone)‏: يحول الاهتزازات في القشرة الأرضية إلى جهد كهربي.
  • الجرامافون: ضغط هواء>>حركة>>مجال مغناطيسي>>إشارة كهربية.
  • الميكروفون المائي (بالإنجليزية: Hydrophone)‏: يحول التغيرات في ضغط الماء إلى إشارات كهربية حيث يسستخدم تحت الماء لسماع وتسجيل الأصوات تحت الماء.
  • السونار المستجيب : ضغط ماء>>حركة موصل كهربي أو ملف>>مجال مغناطيسي>>إشارة كهربية.
  • جهاز إرسال وإستقبال الموجات الفوق صوتية (بالإنجليزية: Ultrasonic transceiver)‏: يرسل الموجات الفوق صوتية (المحولة من إشارات كهربية) و يستقبلها مرة أخرى بعد إصطدامها بأجسام وانعكاسها بهدف تكوين صور لهذه الأجسام والكشف عنها.

كهروضوئية
  • مصباح الفلورسنت: يحول الطاقة الكهربية إلى ضوء متنافر.
  • مصباح وهاج: يحول الطاقة الكهربية إلى ضوء متنافر.
  • صمام ثنائي(الدايود) باعث للضوء (بالإنجليزية: Light-emitting diode)‏: يحول الطاقة الكهربية إلى ضوء متنافر.
  • صمام ثنائي ليزري (بالإنجليزية: Laser diode)‏: يحول الطاقة الكهربية إلى ضوء متماسك.
  • الصمام الثنائي الضوئي , المقاومة الضوئية, الترانزستور الضوئي، المضخم الضوئي: يحولون موجات الضوء المتغيرة إلى إشارات كهربية.
  • مكشاف ضوئي أو مقاومة ضوئية: يحول موجات الضوء المتغيرة إلى مقاومة كهربية.
  • أنبوب أشعة الكاثود: يحول الإشارات الكهربية إلى إشارات ضوئية مرئية( يستخدم في التلفاز).

كهروإستاتيك

كهروحراري
  • مقاومة تحديد درجة الحرارة: تحول درجات الحرارة إلى إشارة مقاومة كهربية.
  • المزدوج الحراري: يحول درجات حرارة الوصلات المعدنية إلى جهد كهربي.
  • الثرمستور: مقاومة كهربائية تعتمد درجة مقاومتها بشكل كبير علي درجات الحرارة.

الإذاعة الصوتية
  • أنبوب جايجر-مولر: يحول الإشعاع الأيوني الساقط إلى إشارة كهربية نبضية.
  • مستقبل الراديو : يحول الإشارات الكهرومغناطيسية المرسلة إلى إشارات كهربية.
  • مرسل الراديو: يحول الإشارات الكهربية إلى إشارات كهرومغناطيسية يتم إرسالها.

[1][2][3][4][5][6][7]

انظر أيضا

المراجع
  1. Agarwal, Anant. Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits.Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, 2005, p. 43
  2. Fraden J. (2016). Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications 5th ed. Springer. p.7
  3. Fraden J. (2016). Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications 5th ed. Springer. p.1
  4. Kalantar-zadeh, K. (2013). Sensors: An Introductory Course 2013th Edition. Springer. p.1
  5. Ernest O. Doebelin, "Measurement systems", Mc - Hill, Singapore, 1990
  6. R.S. Figliola and D.E. Beasley. "Theory and design for mechanical measurements",John Wiley & sons, Inc.,u.S.A.,1995
  7. C.V. Collett and A.D.Hope, "Engineering measurements', Pitman publishing limited
    • بوابة كهرباء
    • بوابة الفيزياء
    • بوابة إلكترونيات
    في كومنز صور وملفات عن: محول إشارة
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.