ترانسدیوسر چیست، کاربرد و انواع آن (اصول و مبانی ابزار دقیق بخش ۱)

ترانسدیوسر (Transducer) چیست؟

ترانسديوسر یک مبدل است که ورودی آن يك كميت فيزيكی و خروجی آن، سیگنال الكتريكي است. در کلیه سيستم­ های اتوماسیون صنعتی با هدف كنترل یک فرآيند، نياز به اندازه‌گيری صحيحی از كميت‌های آن فرآیند، نظير فشار، جا به جايی خطی يا زوايه‌ای، دما، شتاب، سرعت، دبی حجمی، رطوبت، سطح مايعات، فاصله و مانند آن وجود دارد. انتخاب و تحليل مبدلی كه به عنوان بخش اول سيستم كنترل يا سیستم اندازه‌گيری هريك از پارامترهای بالا، مورد استفاده قرار گيرد، بر عهده تیم مهندسی كنترل است تا كنترل كننده مناسب را برای فرایند مورد نظر، طراحی يا پياده سازی نماید. در یک سیستم اتوماسیون صنعتی با افزایش انواع مختلف ترانسدیوسر تعداد کارتهای ورودی PLC افزایش می‌یابد و در نتیجه قیمت تابلو PLC آن سیستم نیز افزایش خواهد یافت.

پس از تبديل كميت فيزيكی به سيگنال الكتريكی، اين سيگنال بايد به يك سيستم پردازش كننده مثل كامپيوتر، سيستم PLC، كنترل كننده ديجيتال يا آنالوگ و نمايشگر انتقال يابد. برخی عمليات پيش پردازش جهت قابل استفاده نمودن سيگنال الكتريكي ضعيف برای سيستم ­های پردازش كننده ضروری می‌باشد.

دو نکته جهت انتخاب و طراحی سیستم کنترل از اهمیت زیادی برخوردار است که همواره باید مورد توجه قرار گیرد:

• يك كميت فيزيكی در يك سيستم كنترلی را هرگز نمی توان دقيق تر از آن چه كه اندازه گيری می­ شود كنترل نمود.
• از طرف ديگر، در جايی كه نمی­ توان توسط سيستم كنترلی و عمل كننده های به كار رفته در آن، پارامتر فيزيكی را با دقت بالا كنترل نمود؛ استفاده از يك مبدل با دقت بسيار بالا توجيه پذير نيست.

کاربرد ترانسديوسر چیست؟

ترانسدیوسرها در طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده می‌شوند، از جمله:

• سنسورها: ترانسدیوسرها در سنسورهای دیجیتال و آنالوگ برای تبدیل کمیت‌های فیزیکی مانند فشار، دما، نور یا صدا به سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شوند.
• کنترل‌کننده‌ها: ترانسدیوسرها در کنترل‌کننده‌ها برای تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به سیگنال‌های فیزیکی که می‌توانند برای کنترل دستگاه‌ها یا سیستم‌ها استفاده شوند، استفاده می‌شوند.
• ارتباطات: ترانسدیوسرها در سیستم‌های ارتباطی برای تبدیل سیگنال‌های الکتریکی به امواج صوتی یا نوری و بالعکس استفاده می‌شوند.
• پزشکی: ترانسدیوسرها در تجهیزات پزشکی مانند سونوگرافی و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) برای تولید تصاویر از داخل بدن استفاده می‌شوند.

ترانسدیوسر در پزشکی چیست؟

یکی از رایج‌ترین کاربردهای ترانسدیوسر در پزشکی است از ترانسدیوسرها جهت تبدیل سیگنال‌های فیزیکی بدن مانند فشار خون، ضربان قلب، دما یا اکسیژن خون به سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود لذا در بسیاری از تجهیزات پزشکی از ترانسدیوسرها به کار برده شده است.

در اینجا چند نمونه از کاربردهای رایج ترانسدیوسرها در پزشکی آورده شده است:

• تصویربرداری: ترانسدیوسرهای آکوستیک در انواع مختلف تصویربرداری پزشکی از جمله سونوگرافی، اشعه ایکس و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) استفاده می‌شوند. در سونوگرافی، از امواج صوتی فرکانس بالا برای ایجاد تصاویری از اندام‌ها و بافت‌های داخلی بدن استفاده می‌شود. در اشعه ایکس، از تابش الکترومغناطیسی برای ایجاد تصاویری از استخوان‌ها و سایر بافت‌های متراکم استفاده می‌شود. در MRI، از میدان‌های مغناطیسی و امواج رادیویی برای ایجاد تصاویری از اندام‌ها، بافت‌ها و استخوان‌ها با جزئیات بسیار زیاد استفاده می‌شود.
• نظارت بر بیمار: ترانسدیوسرها برای نظارت بر طیف گسترده‌ای از علائم حیاتی بیمار از جمله فشار خون، ضربان قلب، تنفس و سطح اکسیژن خون استفاده می‌شوند. از این رو در بسیاری از تجهیزات اندازه گیری پزشکی نظیر فشارسنج از ترانسدیوسرهای فشار و اندازه گیر اکسیژن خون از ترانسدیوسرهای نوری همچنین برای اندازه گیری دمای بدن از ترانسدیوسرهای دما استفاده می گردد.  این اطلاعات برای ارزیابی وضعیت بیمار و راهنمایی در مورد مراقبت‌های مورد نیاز استفاده می‌شود.
• آزمایش‌های تشخیصی: ترانسدیوسرها در انواع مختلف آزمایش‌های تشخیصی از جمله الکتروکاردیوگرافی (EKG) و نوار مغزی (EEG) استفاده می‌شوند. EKG از ترانسدیوسرها برای ضبط فعالیت الکتریکی قلب استفاده می‌کند. EEG از ترانسدیوسرها برای ضبط فعالیت الکتریکی مغز استفاده می‌کند.
• درمان: ترانسدیوسرها در انواع مختلف درمان‌های پزشکی از جمله لیزر درمانی و امواج صوتی درمانی استفاده می‌شوند. در لیزر درمانی، از نور لیزر برای درمان طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها از جمله درد، التهاب و سرطان استفاده می‌شود. در امواج صوتی درمانی، از امواج صوتی برای درمان طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها از جمله درد، التهاب و آسیب‌های عضلانی اسکلتی استفاده می‌شود

خدمات نیکسا: مشاوره، نصب و راه اندازی تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی نیکسا

انواع ترانسدیوسرها

پس از تعریف ترانسدیوسر و بیان کاربردهای آن نوبت به معرفی انواع ترانسدیوسرها میباشد ترانسدیوسرها را بصورت های گوناگون می‌توان طبقه بندی کرد در ادامه با چهار طبقه بندی جهت مشخص کردن انواع ترانسدیوسر آشنا می‌شویم.

طبقه بندی مبدل ها یا ترانسدیوسر بر اساس نياز يا عدم نياز به منبع تغذيه خارجي:

• فعال (Active)
• غير فعال (Passive)

طبقه بندی ترانسدیوسر بر اساس نوع سيگنال خروجي:

• سیگنال آنالوگ (Analog)
• سیگنال ديجتيال (Digital)
• فازي (Fuzzy)

طبقه بندی ترانسدیوسر بر اساس پارامتر متغير:

• سنسورهاي مقاومتي
• سنسورهاي خازني
• سنسورهاي القايي-سلفي
• سنسورهاي نوري

طبقه بندی ترانسدیوسر بر اساس مرتبه مدل ديناميكي:

• مرتبه صفر
• مرتبه يك
• مرتبه دو

ویژگی های ترانسدیوسرها

ویژگی‌های ترانسدیوسر را مي‌توان به دو بخش استاتيكي، ديناميكی تقسيم نمود. که در ادامه به معرفی هر یک میپردازیم:

ویژگی های استاتيكی ترانسدیوسر

رابطه حالت ماندگار كميت ورودی و خروجی مبدل را ویژگی استاتيكي آن مي‌گويند، كه با پارامترهاي زير تعريف مي‌شود.

• صحت (Accuracy)
• قدرت تفكيك (Resolution)
• تكرارپذيري (Repeatability)
• خطي بودن (Linearity)
• هيسترزيس (Hysteresis)

در صورتی که میخواهید داده ها و اطلاعات بیشتری از ویژگی های استاتیکی ترانسدیوسر بدانید مقاله مربوط به ویژگی های تجهیزات اندازه گیری (پارامترهای مهم یک سنسور) را بخوانید.

ویژگی هاي ديناميكی ترانسدیوسر

رفتار گذراي خروجي در زمان تغييرات ورودي توسط كميت‌هاي زير كه توصيف كننده ویژگی ديناميكي مبدل هستند، بيان مي­ گردد.

• سرعت پاسخ مبدل به تغييرات كميت ورودي (Rise Time)
• ثابت زماني (Time Constant)
• زمان مرده (Dead Time)
• پاسخ فركانس (Frequency Response)

و براي مبدل ­هاي درجه دو و بالاتر:

• زمان هاي نشست (Setting Time)
• نسبت ميرايي (Damping Ratio)
• فركانس تشديد و دامنه در آن (Resonant Frequency)
• ميزان بالازدگي (Overshoot)
• تكرار پذيري (Repeatability)

در صورتی که میخواهید داده ها و اطلاعات بیشتری از ویژگی های دینامیکی ترانسدیوسر بدانید مقاله مربوط به ویژگی های دینامیکی مبدل ها (ترانسدیوسر) را بخوانید.

متداول‌ترین انواع ترانسدیوسر

انواع مختلفی از ترانسدیوسرها وجود دارد که هر کدام برای کاربرد خاصی طراحی شده‌اند.برخی از متداول‌ترین انواع ترانسدیوسرها عبارتند از:

• ترانسدیوسرهای فشار: برای اندازه‌گیری فشار سیالات یا گازها استفاده می‌شوند.
• ترانسدیوسرهای دما: برای اندازه‌گیری دمای اشیاء یا محیط استفاده می‌شوند.
• ترانسدیوسرهای نوری: برای تبدیل نور به سیگنال‌های الکتریکی یا بالعکس استفاده می‌شوند.
• ترانسدیوسرهای صوتی: برای تبدیل امواج صوتی به سیگنال‌های الکتریکی یا بالعکس استفاده می‌شوند.
• ترانسدیوسرهای موقعیت: برای اندازه‌گیری موقعیت یا جابجایی اشیاء استفاده می‌شوند. که خود به چهار مدل دسته بندی میشوند. (پتانسيومتر، ترانسفورماتور تفاضلی متغیر خطی-چرخشی LVDT، انکودر افزایشی و مطلق نوری، سینکرو و ریزولور)

سخن پایانی

به عبارت ساده‌تر، در پاسخ به سوال ترانسدیوسر چیست می‌توان گفت که ترانسدیوسرها پل بین دنیای فیزیکی و دنیای الکتریکی هستند. آنها سیگنال‌های فیزیکی مانند فشار، دما، نور یا صدا را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند که می‌توانند توسط دستگاه‌های الکترونیکی اندازه‌گیری، پردازش و نمایش داده شوند. در این مطلب طبقه بندی ترانسدیوسر را از نظر نیاز به منبع خارجی، نوع سیگنال خروجی و … بیان کردیم و در انتها رایجترین انواع ترانسدیوسر را بصورت مختصر توضیح دادیم. لازم به ذکر است که علاوه بر موارد فوق، ترانسدیوسرها را می‌توان بر اساس معیارهای دیگری مانند فرکانس کاری، محدوده دمایی، استحکام و قابلیت اطمینان نیز طبقه‌بندی کرد. شرکت نیکسا مجری پروژه های برق، کنترل و ابزاردقیق آماده ارائه خدمت در زمینه مشاوره، نصب و راه اندازی تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی است با ما تماس بگیرید.