ตัวแปรสัญญาณ

ตัวแปรสัญญาณ (อังกฤษ: Transducer) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงรูปแบบพลังงานในรูปแบบหนึ่งให้กลายเป็นเป็นพลังงานในอีกรูปแบบหนึ่ง โดยทั่วไป ตัวแปรสัญญาณจะแปลงสัญญาณในรูปแบบพลังงานหนึ่ง ให้กลายไปสัญญาณในอีกรูปแบบ ตัวแปรสัญญาณสามารถแปลงพลังงานได้กลายรูปแบบ เช่น พลังงานไฟฟ้า, เครื่องกล, แม่เหล็กไฟฟ้า (รวมทั้งแสง), พลังงานเคมี, พลังงานเสียง และ พลังงานความร้อน ตัวแปรสัญญาณปกติจะหมายถึง เซ็นเซอร์ หรือ เครื่องตรวจจับ อันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือวัดต่างๆ

เซ็นเซอร์จะใช้ในการตรวจสอบพารามิเตอร์ในรูปแบบหนึ่ง และรายงานในอีกรูปแบบหนึ่งของพลังงาน ซึ่งมักจะเป็นสัญญาณไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ความดันอาจตรวจจับความดัน (รูปแบบเชิงกลของพลังงาน) และแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าสำหรับจอแสดงผลที่เครื่องวัดระยะไกล ตัวแปรสัญญาณมักมีการใช้งานในระบบอัตโนมัติ การวัด และ ระบบควบคุม ที่สัญญาณไฟฟ้าจะถูกแปลงให้เป็นรูปแบบทางกายภาพอื่น อาทิ พลังงาน แรง ทอร์ก แสง การเคลื่อนที่ ฯลฯ กระบวนการนี้มีชื่อเรียกว่า การแปรสัญญาณ (Transduction)

ตัวกระตุ้น (Actuator) คือ ตัวแปรสัญญาณ (Transducer) รูปแบบหนึ่ง, ตัวกระตุ้นจะรับพลังงานไฟฟ้าและเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนไหว เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า และ ลำโพง อุปกรณ์สองอย่างนี้แปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นการเคลื่อนไหว

ประเภท

ตัวแปรสัญญาณไฟฟ้า และ ตัวแปรสัญญาณใช้พลังงานกล

ตัวแปรสัญญาณที่แปรพลังงานอื่น ๆ เป็นพลังงานกล เรียกว่า ตัวแปรสัญญาณกล (Mechanical transducers) ส่วนตัวแปรสัญญาณที่แปรพลังงานอื่น ๆ เป็นพลังงานไฟฟ้าเรียกว่า ตัวแปรสัญญาณไฟฟ้า อาทิเช่น เครื่องคู่ควบความร้อน (Thermocouple) เปลี่ยนความแตกต่างของอุณหภูมิให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือ LVDT (Linear variable differential transformer) ที่ใช้วัดการเคลื่อนตำแหน่ง

การประยุกต์ใช้

ตัวแปรสัญญาณที่ใช้ในระบบการสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์เพื่อแปลงสัญญาณจากรูปแบบทางกายภาพต่างๆ ให้เป็นสัญญาณ อิเล็กทรอนิกส์ และในทางกลับกัน

• แม่เหล็กไฟฟ้า :
  • สายอากาศ - แปลงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า และแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
  • หัวอ่าน/เขียนเทป ดิสก์ - แปลงสนามแม่เหล็กบนสื่อแม่เหล็กไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า(อ่าน)และแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นแม่เหล็ก(เขียน)
  • เซ็นเซอร์ Hall Effect - แปลงระดับของสนามแม่เหล็กเป็นสัญญาณไฟฟ้า
• ไฟฟ้าเคมี :
  • หัววัดค่า pH
  • เซลล์เชื้อเพลิงแบบไฟฟ้าเคมี
  • เซ็นเซอร์ไฮโดรเจน
• เครื่องกลไฟฟ้า :
  • โพลีเมอ electroactive มีคุณสมบัติที่จะเปลี่ยนรูปถ้าจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไป, เป็น actuator ใช้ทำกล้ามเนื้อเทียมของหุ่นยนต์
  • เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า
  • ระบบ Microelectromechanical
  • มอเตอร์โรตารี มอเตอร์แนวราบ
  • เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขับเคลื่อนโดยการสั่นสะเทือน
  • Potentiometer เมื่อนำมาใช้สำหรับการวัดตำแหน่ง
  • หม้อแปลงไฟฟ้าเชิงเส้นตัวแปรแตกต่าง หรือ หม้อแปลงไฟฟ้าโรตารี่ตัวแปรแตกต่าง
  • โหลดเซลล์ - แปลงแรงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าระดับ mV/V โดยใช้มาตรวัดความเครียด
  • มิเตอร์วัดความเร็ว (อังกฤษ: accelerometer)
  • มิเตอร์วัดความเครียด (อังกฤษ: Strain gauge)
  • มิเตอร์วัดแรงดึง (อังกฤษ: String potentiometer)
  • เซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศ (อังกฤษ: Air flow sensor)
  • เซ็นเซอร์สัมผัส (อังกฤษ: Tactile sensor)
• เสียงacoustic :
  • ลำโพง หูฟัง - แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นเสียง (ขยายสัญญาณ → สนามแม่เหล็ก → การเคลื่อนไหว → แรงกดดันอากาศ)
  • ไมโครโฟน - แปลงเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า(แรงดันอากาศ → การเคลื่อนไหวของตัวนำ/ขดลวด → สนามแม่เหล็ก → สัญญาณไฟฟ้า)
  • Pickup (เทคโนโลยีดนตรี) - แปลงการเคลื่อนไหวของสายลวดโลหะเป็นสัญญาณไฟฟ้า(แม่เหล็ก → สัญญาณไฟฟ้า)
  • คริสตัล piezoelectric - แปลงการเปลี่ยนรูปร่างของคริสตัล solid-state (การสั่นสะเทือน) ไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า ใช้ทำ ringer ในโทรศัพท์มือถือ
  • geophone - เปลี่ยนการเคลื่อนไหวของพื้นดิน(การแยกออก)เป็นแรงดันไฟฟ้า ( การสั่นสะเทือน → การเคลื่อนไหวของตัวนำ/ขดลวด → สนามแม่เหล็ก → สัญญาณ )
  • Gramophone pickup - (ความดันอากาศ → เคลื่อนไหว → สนามแม่เหล็ก → สัญญาณไฟฟ้า )
  • Hydrophone - แปลงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันน้ำเป็นสัญญาณไฟฟ้า
  • Sonar transponder (แรงดันน้ำ → การเคลื่อนไหวของตัวนำ/ขดลวด → สนามแม่เหล็ก → สัญญาณไฟฟ้า)
  • Ultrasonic transceiver ส่งสัญญาณอัลตราซาวนด์ที่ได้รับจากการสะท้อนกลับเมื่อเสียงกระทบวัตถุเป้าหมาย ใช้สร้างภาพของวัตถุนั้น
• Electro-optical (Photoelectric):
  • หลอดไฟ, LED, Laser Diode - แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงที่ไม่ต่อเนื่องกัน
  • Photodiode, photoresistor, phototransistor, photomultiplier - แปลงการเปลี่ยนระดับแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
  • Photodetector หรือ photoresistor หรือ ตัวต้านทานขึ้นอยู่กับแสง (LDR ) - แปลง เปลี่ยนแปลงระดับแสงสว่างมาเป็นการเปลี่ยนแปลงในความต้านทานไฟฟ้า
• ไฟฟ้าสถิต :
  • Electrometer เครี่องวัดไฟฟ้าสถิต

องค์ประกอบง่ายๆของ Peltier Cooler, ขั้ว Thermoelectric ต่อขนานกันด้านอุณหภูมิแต่อนุกรมกันด้านไฟฟ้า

• Thermoelectric:
  • ตัวตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (อังกฤษ: Resistance Temperature Detector) หรือ RTD - แปลงอุณหภูมิของตัวต้านทานให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า
  • คู่ควบความร้อน - แปลงอุณหภูมิสัมพันธ์ของรอยต่อโลหะให้เป็นแรงดันไฟฟ้า
  • Peltier Cooler - แปลงอุณหภูมิสัมพัทธ์ของรอยต่อโลหะให้เป็นแรงดันไฟฟ้าหรือกลับกัน ใช้ในการหล่อเย็น CPU ใน PC หรือเป็นตัวกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก
  • เทอร์มิสเตอร์ (รวมตัวต้านทานแบบ Positive Temperature Coefficient (PTC) และ ตัวต้านทานแบบ Negative Temperature Coefficient (NTC)
• Radioacoustic :
  • Geiger–Müller tube - แปลงการแผ่รังสีที่ถูก ionize ให้เป็นสัญญาณแรงกระตุ้นไฟฟ้า
  • ตัวรับ (วิทยุ)
  • เครื่องส่งสัญญาณ - แปลงสัญญาณเสียงให้เป็นสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าส่งกระจายเสียง

ดูเพิ่ม

• Tactile sensor
• Horn analyzer