Transductor

Un transductor es un dispositivo que convierte energía de una forma a otra. Por lo general, un transductor convierte una señal en una forma de energía en una señal en otra. ^[1]

Los transductores se emplean a menudo en los límites de los sistemas de automatización , medición y control , donde las señales eléctricas se convierten hacia y desde otras cantidades físicas (energía, fuerza, par, luz, movimiento, posición, etc.). El proceso de convertir una forma de energía en otra se conoce como transducción. ^[2]

Tipos

Transductor mecanico

Los transductores que convierten cantidades físicas en cantidades mecánicas se conocen como transductores mecánicos; Los transductores que convierten cantidades físicas en cantidades eléctricas se conocen como transductores eléctricos. Algunos ejemplos son un termopar que cambia las diferencias de temperatura a un voltaje pequeño o un transformador diferencial variable lineal (LVDT) que se usa para medir el desplazamiento.

Sensores y actuadores

Los transductores se pueden clasificar según la dirección en la que la información pasa a través de ellos:

• Un sensor es un transductor que recibe y responde a una señal o estímulo de un sistema físico. ^{[3] [4] [2]} Produce una señal , que representa información sobre el sistema, que es utilizada por algún tipo de sistema de telemetría, información o control .
• Un actuador es un dispositivo que se encarga de mover o controlar un mecanismo o sistema. Está controlado por una señal de un sistema de control o control manual. Es operado por una fuente de energía, que puede ser fuerza mecánica, corriente eléctrica, presión de fluido hidráulico o presión neumática, y convierte esa energía en movimiento. Un actuador es el mecanismo por el cual un sistema de control actúa sobre un entorno. El sistema de control puede ser simple (un sistema mecánico o electrónico fijo), basado en software (por ejemplo, un controlador de impresora, sistema de control de robot ), humano o cualquier otra entrada. ^[2]
• Los transductores bidireccionales convierten los fenómenos físicos en señales eléctricas y también convierten las señales eléctricas en fenómenos físicos. Un ejemplo de un transductor intrínsecamente bidireccional es una antena , que puede convertir ondas de radio ( ondas electromagnéticas ) en una señal eléctrica para ser procesada por un receptor de radio , o traducir una señal eléctrica de un transmisor en ondas de radio. Otro ejemplo son las bobinas de voz , que se utilizan en altavoces para traducir una señal de audio eléctrica en sonido y en micrófonos dinámicos para traducir ondas de sonido en una señal de audio. ^[2]

Sensores activos vs pasivos

• Los sensores activos requieren una fuente de alimentación externa para funcionar, lo que se denomina señal de excitación. La señal es modulada por el sensor para producir una señal de salida. Por ejemplo, un termistor no genera ninguna señal eléctrica, pero al pasar una corriente eléctrica a través de él, su resistencia se puede medir detectando variaciones en la corriente o voltaje a través del termistor. ^{[5] [2]}
• Los sensores pasivos , por el contrario, generan una corriente eléctrica en respuesta a un estímulo externo que sirve como señal de salida sin la necesidad de una fuente de energía adicional. Tales ejemplos son un fotodiodo y un sensor piezoeléctrico , termopar . ^[6]

Caracteristicas

Algunas especificaciones que se utilizan para clasificar los transductores

• Rango dinámico : esta es la relación entre la señal de amplitud más grande y la señal de amplitud más pequeña que el transductor puede traducir de manera efectiva. ^{[2] Los} transductores con mayor rango dinámico son más "sensibles" y precisos.
• Repetibilidad : esta es la capacidad del transductor para producir una salida idéntica cuando es estimulado por la misma entrada.
• Ruido : todos los transductores agregan algo de ruido aleatorio a su salida. En los transductores eléctricos, esto puede ser ruido eléctrico debido al movimiento térmico de las cargas en los circuitos. El ruido corrompe las señales pequeñas más que las grandes.
• Histéresis : esta es una propiedad en la que la salida del transductor depende no solo de su entrada actual sino también de su entrada pasada. Por ejemplo, un actuador que usa un tren de engranajes puede tener cierto juego , lo que significa que si la dirección de movimiento del actuador se invierte, habrá una zona muerta antes de que la salida del actuador se invierta, causada por el juego entre los dientes del engranaje.

Aplicaciones

Los transductores se utilizan en sistemas de comunicaciones electrónicas para convertir señales de diversas formas físicas en señales electrónicas y viceversa . En este ejemplo, el primer transductor podría ser un micrófono y el segundo transductor podría ser un altavoz .

• Electromagnético:
  • Antenas : convierte la propagación de ondas electromagnéticas hacia y desde señales eléctricas conducidas.
  • Cartuchos magnéticos : convierte el movimiento físico relativo hacia y desde señales eléctricas.
  • Cabezal de cinta , cabezales de lectura y escritura de disco : convierte campos magnéticos en un medio magnético hacia y desde señales eléctricas
  • Sensores de efecto Hall : convierte un nivel de campo magnético en una señal eléctrica
  • Pickup (tecnología musical) : el movimiento de cuerdas de metal induce una señal eléctrica (voltaje CA)
• Electroquímico:
  • sondas de pH
  • Sensores de oxígeno electrogalvánicos
  • Sensores de hidrógeno
• Electromecánico (los dispositivos de salida electromecánicos se denominan genéricamente actuadores ):
  • Acelerómetros
  • Sensores de flujo de aire
  • Polímeros electroactivos
  • Motores rotativos , motores lineales
  • Galvanómetros
  • Transformadores diferenciales variables lineales o transformadores diferenciales variables rotativos
  • Células de carga : convierte la fuerza en señal eléctrica mV / V mediante galgas extensométricas
  • Sistemas micro electromecánicos
  • Potenciómetros (cuando se utilizan para medir la posición)
  • Sensores de presión
  • Potenciómetros de cuerda
  • Sensores táctiles
  • Generadores de vibración
  • Giroscopios de estructura vibrante
• Electroacústico:
  • Altavoces , auriculares : convierte las señales eléctricas en sonido ( señal amplificada → campo magnético → movimiento → presión del aire)
  • Micrófonos : convierte el sonido en una señal eléctrica (presión del aire → movimiento del conductor / bobina → campo magnético → señal eléctrica) ^[2]
  • Transductores táctiles : convierte la señal eléctrica en vibración (señal eléctrica → vibración)
  • Cristales piezoeléctricos : convierte las deformaciones de los cristales de estado sólido (vibraciones) hacia y desde señales eléctricas.
  • Geófonos : convierte un movimiento del suelo (desplazamiento) en voltaje (vibraciones → movimiento del conductor / bobina → campo magnético → señal)
  • Pastillas de gramófono - (presión de aire → movimiento → campo magnético → señal eléctrica)
  • Hidrófonos : convierte los cambios en la presión del agua en una señal eléctrica.
  • Transpondedores de sonda (presión de agua → movimiento del conductor / bobina → campo magnético → señal eléctrica)
  • Transceptores ultrasónicos , que transmiten ultrasonidos (transducidos a partir de la electricidad) y los reciben después del reflejo del sonido de los objetos de destino, aprovechando la obtención de imágenes de esos objetos
• Electroóptico ( fotoeléctrico ):
  • Lámparas fluorescentes : convierte la energía eléctrica en luz incoherente.
  • Lámparas incandescentes : convierte la energía eléctrica en luz incoherente
  • Diodos emisores de luz : convierte la energía eléctrica en luz incoherente
  • Diodos láser : convierte la energía eléctrica en luz coherente.
  • Fotodiodos , fotorresistores , fototransistores , fotomultiplicadores : convierte los niveles de luz cambiantes en señales eléctricas
  • Fotodetector o fotorresistencia o resistencia dependiente de la luz (LDR): convierte los cambios en los niveles de luz en cambios en la resistencia eléctrica
  • Tubos de rayos catódicos (CRT): convierte las señales eléctricas en señales visuales
• Electrostático:
  • Electrometros
• Termoeléctrico:
  • Detectores de temperatura por resistencia (RTD): convierte la temperatura en una señal de resistencia eléctrica
  • Termopares : convierte las temperaturas relativas de las uniones metálicas en voltaje eléctrico
  • Termistores (incluye resistencia PTC y resistencia NTC)
• Radioacústico:
  • Tubos Geiger-Müller : convierten la radiación ionizante incidente en una señal de impulso eléctrico
  • Los receptores de radio convierten las transmisiones electromagnéticas en señales eléctricas.
  • Los transmisores de radio convierten las señales eléctricas en transmisiones electromagnéticas.

Ver también

• Analizador de cuerno
• Lista de sensores
• Sensor táctil

Referencias

1. Agarwal, Anant. Fundamentos de circuitos electrónicos analógicos y digitales, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, Instituto de Tecnología de Massachusetts, 2005, p. 43
2. Winer, Ethan (2013). "Parte 3". El experto en audio . Nueva York y Londres: Focal Press. ISBN 978-0-240-82100-9.
3. Fraden J. (2016). Manual de sensores modernos: física, diseños y aplicaciones 5ª ed. Saltador. p.1
4. Kalantar-zadeh, K. (2013). Sensores: un curso introductorio edición 2013. Saltador. p.1
5. Fraden J. (2016). Manual de sensores modernos: física, diseños y aplicaciones 5ª ed. Saltador. p.7
6. Fraden J. (2016). Manual de sensores modernos: física, diseños y aplicaciones 5ª ed. Saltador. p.7

enlaces externos

• Medios relacionados con transductores en Wikimedia Commons
• Introducción a los transductores de corriente de efecto Hall de bucle cerrado
• Estándar federal 1037C, 7 de agosto de 1996: transductor
• Un transductor de sonido con un diafragma plano y flexible que trabaja con ondas de flexión.