Dans un environnement basé sur les données, où l'automatisation et les systèmes AI / ML (intelligence artificielle / apprentissage automatique) sont à l'avant et au centre des systèmes automatisés, les transducteurs jouent le rôle le plus crucial et généralement invisible.
Ils comblent le golfe entre le monde physique et les interprétations numériques requises avec lesquelles ces systèmes doivent travailler. Ils interprètent et présentent les caractéristiques et les faits physiques et environnementaux comme des données interprétables du système qui peuvent être analysées de manière fiable, surveillée et utilisée dans le contrôle global ou local du système. Le manque de transducteurs, les systèmes automatisés - l'automatisation industrielle à la surveillance des soins de santé et l'électronique grand public - sont aveugles aux événements et ne peuvent fonctionner aucune forme de contrôle.
Une plongée profonde dans la science des transducteurs explore nécessairement comment ils convertissent le monde physique en données utilisables, examinent les types les plus courants, illustre leurs principes de travail et illustre les applications de clarté.
Qu'est-ce qu'un transducteur?
À la base, un transducteur est un appareil qui convertit l'énergie entre différentes formes. Pour la collecte et la mesure des données, les transducteurs convertissent les quantités physiques telles que la température, la pression, la lumière, le son et le mouvement en signaux électriques. - Les systèmes numériques peuvent les traiter, les enregistrer et les analyser. Ces systèmes nécessitent une connaissance virtuelle précise et reproductible des changements du monde réel.
Le rôle du transducteur est d'être l'interface entre le monde réel et changeant et le système d'analyse automatisé, qui surveille, analyse et répond aux modifications détectées par ces appareils. Dans un exemple largement connu, un microphone est un transducteur qui convertit les changements de pression atmosphérique (ondes acoustiques, énergie mécanique) en un signal électrique analogique. Il convertit l'énergie dans la pression d'air oscillante rapidement en un signal électrique qui peut être enregistré et analysé et appliqué aux processus ultérieurs.
Capteurssont au cœur de la plupart des applications, de la détection environnementale et du contrôle des processus industriels aux diagnostics médicaux et à l'électronique grand public, du contrôle des vols aux toilettes de rinçage. Leur capacité à convertir les changements physiques en données fiables et quantifiables en a fait une pierre angulaire de la montée en puissance de la technologie et de l'automatisation.
Comment les transducteurs convertissent les entrées physiques en signaux électriques
Comprendre les principes de travail des transducteurs nécessite une certaine compréhension de la façon dont ils convertissent les phénomènes physiques en sorties électriques - à la fois numérique et analogique:
De nombreux transducteurs s'appuient sur des changements de résistance pour convertir les entrées physiques en signaux électriques. Les exemples incluent des jauges de contrainte, qui mesurent les changements de résistance dus à la déformation mécanique (étirement ou contraction); Les thermistances, qui subissent des changements de résistance prévisibles qui sont proportionnels à la température; et des bandes bimétalliques qui subissent des changements physiques proportionnelles à la température.
Les transducteurs inductifs fonctionnent en détectant des altérations du couplage inductif, alors qu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique. Les LVDT utilisent ce principe pour mesurer le déplacement, où des capteurs inductifs à longue forme peuvent utiliser du ruban de cuivre sinusoïdal comme source d'induction, mesurant des changements cycliques qui peuvent être interprétés par comptage d'impulsions plus détection partielle d'impulsion.
Les transducteurs capacitifs mesurent les changements de capacité, ce qui peut se produire lorsque la distance entre deux plaques conductrices varie avec le déplacement. Ce principe est souvent utilisé dans les capteurs de pression et de déplacement, produisant une mesure analogique qui peut être utilisée directement ou convertie à l'aide d'un convertisseur analogique en numérique (ATOD).
Les transducteurs piézoélectriques génèrent une charge électrique lorsque la contrainte mécanique est appliquée. Ceci est idéal pour les applications où les vibrations, la pression ou les ondes sonores doivent être détectées lorsque la fréquence du signal est relativement élevée et que les déplacements impliqués sont faibles. Les transducteurs piézoaires peuvent être extrêmement sensibles et sont communs pour les instruments scientifiques et les mesures du son / vibration de haute précision.
Les thermocouples reposent sur l'effet thermoélectrique, où une tension est générée en raison de différentiels de température entre deux conducteurs de fil métallique différents, où la jonction fournit un point de détection positionné avec précision.
L'avenir des transducteurs
Au fur et à mesure que le développement technologique progresse, les transducteurs ont régulièrement augmenté en complexité, en précision et en délicatesse. Il est raisonnable de s'attendre à ce qu'ils deviennent encore plus précis, plus petits et économes en énergie ainsi que de plus en plus dans la diversité des détections.
L'Internet des objets (IoT), les appareils portables et la fabrication intelligente stimulent la demande de technologies de transducteur plus avancées, plus petites et plus fiables. Les progrès de la technologie MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) conduisent également au développement de nouvelles classes de transducteurs miniaturisés qui peuvent être intégrés dans des dispositifs portables de puissance toujours plus petits et inférieurs.
L'utilisation de transducteurs sans fil, éliminant le besoin de connexions physiques entre le capteur et le système de traitement des données est particulièrement utile dans les environnements à distance ou dangereux où les connexions câblées peuvent être peu pratiques. Les options disponibles dans ce domaine continuent de se développer.
Conclusion
Les transducteurs sont au centre de la scène dans de nombreux domaines de la technologie, convertissant le monde physique complexe et dynamique en données fiables et exploitables. La conversion des quantités physiques comme la pression, la température, la lumière, les vibrations, les champs magnétiques, les niveaux de polluants et le mouvement en signaux électriques, les transducteurs permettent la surveillance, le contrôle et l'automatisation des processus dans tous les secteurs. Les opportunités et les technologies du transducteur ne sont pas susceptibles de réduire, car les technologies deviennent plus précises et plus intégrées aux activités sociales et commerciales.
Comprendre les principes et méthodologies sous-jacents dans les applications des transducteurs est une compétence clé pour toute personne impliquée dans l'ingénierie, la fabrication, les soins de santé et l'électronique. Comprendre et interpréter le monde réel est la principale préoccupation de toutes les applications d'automatisation et ce domaine de connaissances continue de se développer et d'augmenter les services publics.