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, و هنا يكون المحول الأولي إنج Primary Transducer هو الذي يقوم بأول مرحلة للتحويل.








أما المحول الثانوي إنج 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 إنج Passive Transducers .








و مثال على ذلك عملية قياس الإنفعال إنج Strain بإستخدام 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 بإستخدام الطاقة الموجودة في الإشارة المقاسة نفسها.








و تعرف المحولات هنا بأنها محولات فعالة إنج Active Transducers .








و مثال على ذلك الإزدواج الحراري إنج 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, و تعرف هذه المحولات بأنها محولات رقمية إنج Digital Transducers .








أما التحويل التنظاري فتكون الإشارة الناتجة مستمرة, و تعرف المحولات التي يتم فيها تحويل الإشارة تناظريا بأنها محولات تناظرية إنج Analogue Transducers .

محول أم محول عكسي

يقصد بمحول الإشارة العكسي إنج Inverse Transducer المحول الذي يقوم بتحويل الإشارة الكهربية إلى ميكانيكية, و هذا يتضح في عمليات التحكم, و التي 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 و كميته و توقيته هو المحول العكسي.

الخصائص المثالية

• مدى القياس كبير.


• إمكانية التكرارية لعملية القياس بشكل كبير.


• ضوضاء منخفضة.


• التخلفية و الخطأ في القياس منخفضة مما يعني إرتفاع الدقة.

التطبيقات

كهرومغناطيسية

• هوائي إنج Antena يحول الموجات الكهرومغناطيسية إلي إشارات كهربية و العكس.


• لفيفة كهرومغناطيسية إنج Magnetic cartridge تحول الحركة النسبية إلى إشارات كهربية و العكس.


• الشريط المغناطيسي(المستخدم في شرائط الكاسيت) و قرص تخزين البيانات المغناطيسي يحول المجالات المغناطيسية الموجودة على وسط ممغنط إلى إشارات كهربية و العكس.


• مستشعر تاثير هال إنج Hall effect sensor هو محول يغير الجهد الكهربي الخارج منه إستجابة لمجال مغناطيسي, و تستخدم مستشعرات تاثير هال في تطبيقات تحديد موضع الأجسام و السرعة .

كهروكيميائية

• عمليات فحص الرقم الهيدروجيني .


• خلايا الوقود الكهروكيميائية إنج Electro-galvanic fuel cell .


• مستشعر الهيدروجين .

كهروميكانيكية

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

• جهاز التسارع إنج Accelerometer .


• مستشعر تدفق الهواء.


• البوليمرات الناشطة كهربائيا.


• الموتور الدوار و الموتور الخطي.


• الجلفانوميتر.


• محول المتغيرات التفاضلية الخطية و محول المتغيرات التفاضلية الدوارة محولات كهربية تستخدم لقياس التغير الخطي و الزاوي في الإزاحات.


• خلية الحِمل إنج Load cell تحول القوة المؤثرة إلى جهد كهربي بالمللي فولت أو الفولت عن طريق إستخدام مقياس الإنفعال إنج Strain gauge .


• أنظمة كهروميكانيكية مصغرة.


• مقياس الجهد( عند إستخدامه لتحديد الموضع).


• مستشعر الضغط .


• مقياس الإنفعال.


• شريحة قياس الجهد إنج string potentiometer محول يستخدم لتحديد و قياس التحرك الخطي و السرعة بإستخدام كابل مرن و إسطوانة محملة بزنبرك و مستشعر دوار.


• مستشعر اللمس.


• محول يعمل بالإهتزاز إنج 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 إهتزازات.


• البلور الكهروضغطي يحول إهتزازات طبقات البلور الصلبة إلى إشارات كهربية و العكس.


• الميكروفون الأرضي إنج Geophone يحول الإهتزازات في القشرة الأرضية إلى جهد كهربي.


• جرامافون الجرامافون ضغط هواء>>حركة>>مجال مغناطيسي>>إشارة كهربية.


• الميكروفون المائي إنج Hydrophone يحول التغيرات في ضغط الماء إلى إشارات كهربية حيث يسستخدم تحت الماء لسماع و تسجيل الأصوات تحت الماء.


• السونار المستجيب ضغط ماء>>حركة موصل كهربي أو ملف>>مجال مغناطيسي>>إشارة كهربية.


• جهاز إرسال و إستقبال الموجات الفوق صوتية إنج Ultrasonic transceiver يرسل الموجات الفوق صوتية (المحولة من إشارات كهربية) و يستقبلها مرة أخرى بعد إصطدامها بأجسام و إنعكاسها بهدف تكوين صور لهذه الأجسام و الكشف عنها.

كهروضوئية

• مصباح فلوريسنت مصباح الفلورسنت يحول الطاقة الكهربية إلى ضوء متنافر.


• مصباح وهاج يحول الطاقة الكهربية إلى ضوء متنافر.


• صمام ثنائي (الدايود) باعث للضوء إنج Light- itting diode يحول الطاقة الكهربية إلى ضوء متنافر.


• صمام ثنائي ليزري إنج 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

إلكترومتر مقياس الكهرباء إنج Electrometer يقيس الشحنات الكهربية و فرق الجهد الكهربي.

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.

Agarwal, Anant. Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits.Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, 2005, p. 43
Fraden J. ( ). Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications 5th ed. Springer. p.7
Fraden J. ( ). Handbook of Modern Sensors Physics, Designs, and Applications 5th ed. Springer. p.1
Kalantar-zadeh, K. ( ). Sensors An Introductory Course th Edition. Springer. p.1
Ernest O. Doebelin, Measur ent syst s , Mc - Hill, Singapore, 1990




R.S. Figliola and D.E. Beasley. Theory and design for mechanical measur ents ,John Wiley & sons, Inc.,u.S.A.,1995




C.V. Collett and A.D.Hope, Engineering measur ents', Pitman publishing limited





عنوان خاطئ محول إشارة



Signal processing syst .png 400 تصغير يسار تستخدم محولات الإشارة في أنظمة الإتصال 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 إنج Signal من الفم فتدخل المحول إنج Transducer الأول ليحولها إلى إشارة كهربائية إنج Electronic Signal ثم تدخل إلى معالج للإشارة الكهربائية لتعديل فرق جهد فرق جهدها إنج Volt و التيار الكهربائي التيار إنج Current ثم بعد ذلك تدخل إلى جهاز إرسال إنج Transmitter ليرسلها علي هيئة موجة كهرومغناطيسية إنج Electromagnetic wave ثم يتسلمها مستقبل إشارة إنج Receiver ليحولها إلى إشارة كهربائية مرة أخري تدخل إلى المحول الثاني فيحولها لإشارة صوتية و يكبرها لتستقبلها الأذن








Seagate ST33232A hard disk head and platters detail 300 تصغير يسار قرص تخزين بيانات مغناطيسي


Magtape1 300 تصغير يسار شريط مغناطيسي يٌستخدم في التسجيل الصوتي


Hall sensor tach 300 تصغير يسار طارة تحتوي علي مغناطيسين يمران بمستعشر تأثير هال


Silomer 100kN 300 تصغير يسار خلية حمل ضغط


Mass-airflow 300 تصغير يسار مستشعر ضغط


Sonar Principle EN.svg 400 تصغير يسار تعليق يوضح الشكل موجة جهاز السونار المرسلة باللون الأحمر و المستقبلة بعد الإنعكاس باللون الأخضر و كل من جهاز الإرسال والإستقبال إنج Sender/Receiver و الجسم المرصود باللون الأزرق, و المسافة بينهما r.








Sonar pings.ogg 300 تصغير يسار أصوات السونار


Underwater-microphone hg 100 تصغير يسار ميكروفون مائي



في حالات كثيرة غالبا ما تكون الكمية المراد قياسها غير كهربية و لتسجيل أو تداول الكمية المقاسة في عمليات التحكم فإنه يلزم غالبا تحويلها إلى كمية كهربية, و يتم ذلك بإستخدام محول الطاقة(محول الإشارة) إنج Transducer .








و على الرغم من أن محول الإشارة يعرف بشكل عام بأنه وسيلة لتحويل الطاقة من صورة إلى أخرى إلا أن التعريف الشائع هو أنه يحول الطاقة من صورة ميكانيكية إلى كهربية.