Các bạn thân mến, trong công nghiệp hiện đại ngày nay và cuộc sống thường ngày chắc hẳn chúng đa đã nghe rất nhiều đến tín hiệu Analog. Vậy tín hiệu Analog là? Nó có ưu điểm như thế nào và được sử dụng như thế nào trong công nghiệp và cuộc sống. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về loại tín hiệu này dưới bài viết này nhé
Tìm hiểu về tín hiệu analog
Tín hiệu analog là gì?
Định nghĩa về tín hiệu Analog như sau:
Tín hiệu Analog là loại tín hiệu mô tả các giá trị liên tục trong thời gian và không gian, và được biểu diễn dưới dạng các giá trị liên tục của một sóng. Điều này có nghĩa là giá trị của tín hiệu Analog thay đổi theo thời gian và không được giới hạn bởi các giá trị số cụ thể. Thay vì sử dụng các giá trị số định lượng, tín hiệu Analog sử dụng các giá trị tương đối để biểu diễn các thông tin liên tục như âm thanh, hình ảnh, tín hiệu điện áp, áp suất, nhiệt độ, và nhiều loại thông tin khác. Các tín hiệu Analog được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, viễn thông, đo lường, kiểm tra và các ngành công nghiệp khác.
Tín hiệu Analog hay người ta thường gọi là tín hiệu tương tự có nghĩa rằng đây là một dạng tín hiệu được truyền đi liên tục và không bị ngắt quãng. Tín hiệu trước tương tự với tín hiệu sau (Có nghĩa là giống nhau về bản chất của tín hiệu) chỉ khác nhau về cường độ của tín hiệu trước so với tín hiệu sau
Tín hiệu Analog được truyền tải dưới dạng tín hiệu dòng điện (Ký hiệu là mA) hay điện áp sử dụng (Ký hiệu là mV). Các tín hiệu này được sử dụng trong công nghiệp là các thiết bị đo đạc như đồng hồ đo nước điện tử, các dòng van điều khiển điện, van điều khiển bằng khí nén đều sử dụng để điều khiển và đọc các thông số từ xa và phố biến nhất hiện nay vẫn là tín hiệu Analog 4-20mA.
Tín hiệu Analog hiện nay được sử dụng phố biến trong công nghiệp với các hệ thống điều khiển thiết bị tự động như lập trình xử lý, lập trình trong hệ thống PLC…
Đặc điểm của tín hiệu Analog
Là dạng tín hiệu liên tục không ngắt quãng tần số tín hiệu ở dạng liên tục nên người ta còn gọi nó là tín hiệu tương tự hay tín hiệu tương tự
Có khả năng bị nhiễu tín hiệu trong quá trình truyền tín hiệu. Đây cũng chính là nhược điểm của loại tín hiệu này khi sử dụng trong công nghiệp so với tín hiệu Digital
Được sử dụng nhiều trong công nghiệp và cuộc sống với mục đích truyền thông tin đi xa như tín hiệu truyền hình, tín hiệu vệ tinh, tín hiệu di động, tín hiệu cáp quang…
So sánh tín hiệu Analog với tín hiệu số
⊕ So sánh về định dạng: Tín hiệu Analog là các giá trị liên tục trong thời gian và không gian, trong khi tín hiệu số là các giá trị rời rạc được biểu diễn dưới dạng các số.
⊕ So sánh về độ chính xác: Tín hiệu số có thể đạt được độ chính xác cao hơn so với tín hiệu Analog do sự rời rạc hóa của dữ liệu. Tuy nhiên, độ chính xác của tín hiệu Analog phụ thuộc vào độ phân giải của thiết bị đo.
⊕ So sánh về xử lý tín hiệu: Tín hiệu số có thể được xử lý bằng các phép tính số học, trong khi tín hiệu Analog cần được chuyển đổi thành dạng số để xử lý.
⊕ So sánh về thời gian phản hồi: Tín hiệu số có thời gian phản hồi nhanh hơn so với tín hiệu Analog vì các tín hiệu số có thể được xử lý nhanh chóng bằng các thiết bị tính toán.
⊕ So sánh về ứng dụng sử dụng: Tín hiệu số được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống số hóa như âm thanh số, hình ảnh số, mạng máy tính, và các ứng dụng điện tử. Trong khi đó, tín hiệu Analog được sử dụng trong các hệ thống truyền thông truyền thống như AM/FM radio, TV analog, và trong các ứng dụng đo lường, kiểm tra và điều khiển.
Các dạng tín hiệu Analog trong công nghiệp hiện nay
Trong công nghiệp hiện nay tín hiệu analog được ứng dụng rất rộng rãi. Với nhiều các tần số khác nhau nhưng thực chất chỉ có hai loại là tín hiệu Analog dòng điện và tín hiệu Analog dạng điện áp
Tín hiệu Analog hình ảnh
Tín hiệu hình ảnh là một loại tín hiệu truyền thông, được sử dụng để truyền tải hình ảnh từ một nguồn tới một thiết bị hiển thị, như màn hình, máy chiếu hoặc TV. Tín hiệu hình ảnh có thể được biểu diễn dưới dạng tín hiệu Analog hoặc tín hiệu số.
Trong tín hiệu Analog, tín hiệu hình ảnh được biểu diễn dưới dạng một sóng Analog, trong đó giá trị tín hiệu thay đổi liên tục theo thời gian. Trong khi đó, tín hiệu số sử dụng các con số để biểu diễn giá trị tín hiệu tại mỗi thời điểm. Tín hiệu số thường được sử dụng trong các thiết bị hiện đại hơn, vì nó có độ chính xác cao hơn và dễ dàng để xử lý bởi các thiết bị điện tử.
Các ứng dụng của tín hiệu hình ảnh rất phong phú, từ các ứng dụng giải trí như phim ảnh, truyền hình, đến các ứng dụng công nghiệp như giám sát an ninh, kiểm tra sản phẩm và y tế. Tín hiệu hình ảnh cũng được sử dụng trong các thiết bị y tế để chẩn đoán và điều trị trong bệnh viện cũng như chuẩn đoán lâm sàng
Để xử lý tín hiệu hình ảnh, các thiết bị điện tử sử dụng các phép tính số học để chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu số và ngược lại. Tín hiệu số sau đó được xử lý bởi các thiết bị tính toán để thực hiện các chức năng như xử lý hình ảnh, hiển thị hoặc lưu trữ.
Tín hiệu hình ảnh cũng được mã hóa và nén để tiết kiệm băng thông truyền tải tín hiệu và lưu trữ dữ liệu. Các định dạng nén phổ biến bao gồm JPEG, MPEG và H.264.
Tín hiệu Analog điện áp
Tín hiệu điện áp là một loại tín hiệu điện, được đo bằng đơn vị Volt (V). Điện áp được định nghĩa là một khái niệm về dòng điện, mô tả khả năng của một nguồn điện để làm chuyển động các điện tử trong một mạch điện. Tín hiệu điện áp có thể được biểu diễn dưới dạng tín hiệu Analog hoặc tín hiệu số.
Trong các ứng dụng công nghệ thông tin, tín hiệu điện áp được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác. Tín hiệu điện áp được sử dụng để truyền thông tin và điều khiển các thiết bị điện tử. Nó cũng được sử dụng trong các thiết bị đo lường và kiểm tra như máy đo điện, máy đo áp suất và máy đo nhiệt độ.
Để xử lý tín hiệu điện áp, các thiết bị điện tử sử dụng các phép tính số học để chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu số và ngược lại. Tín hiệu số sau đó có thể được xử lý bởi các thiết bị tính toán để thực hiện các chức năng như xử lý tín hiệu, xử lý hình ảnh hoặc kiểm soát điều khiển.
Trong các ứng dụng công nghiệp, tín hiệu điện áp được sử dụng để đo lường các thông số điện, như điện áp, dòng điện và trở kháng của các mạch điện. Các tín hiệu này được sử dụng để kiểm tra và bảo trì các thiết bị điện tử và mạch điện khác nhau.
Tín hiệu Analog điện áp thường sử dụng 0- 10V, 0-5V, 0 – 1V, 0 – 2V, -5 – 5V…nhưng hiện nay chủ yếu là sử dụng tín hiệu 0 -10V là phồ biến nhất
Tín hiệu analog âm thanh
Tín hiệu âm thanh là một dạng tín hiệu âm thanh sóng, được tạo ra bởi các biến đổi cơ học của sóng âm truyền qua môi trường, chẳng hạn như từ giọng nói, nhạc cụ hoặc từ các thiết bị phát âm thanh. Tín hiệu âm thanh thường là một tín hiệu Analog, tức là tín hiệu được biểu diễn dưới dạng một sóng liên tục, với một biên độ và một tần số cụ thể.
Tín hiệu âm thanh được xử lý trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả trong các hệ thống giải trí như âm thanh stereo và các thiết bị y tế như máy trợ thính. Tín hiệu âm thanh cũng được sử dụng trong các ứng dụng truyền thông như điện thoại và các hệ thống truyền thông như radio và TV.
Để xử lý tín hiệu âm thanh, các thiết bị điện tử được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu số và ngược lại. Các tín hiệu số này sau đó có thể được xử lý bởi các thiết bị tính toán để thực hiện các chức năng như xử lý âm thanh, xử lý giọng nói hoặc phân tích tín hiệu.
Trong công nghệ âm thanh, tín hiệu âm thanh cũng được đo và đánh giá bằng các phương pháp đo lường khác nhau để đảm bảo chất lượng âm thanh được phát ra từ các thiết bị phát âm thanh hoặc thu âm thanh là tốt nhất có thể.
Cách thức truyền tải tín hiệu Analog
Hiện nay có 4 phương pháp được sử dụng để truyền tải tín hiệu analog như sau:
- Modulation: Phương pháp này sử dụng sóng mang để truyền tải tín hiệu Analog qua khoảng cách xa hơn. Tín hiệu Analog được biến đổi thành tín hiệu tương tự với tần số cao hơn, được gọi là tín hiệu điều chế. Tín hiệu điều chế này được truyền tải qua sóng mang và tại điểm đích, nó được giải điều chế để tạo ra tín hiệu Analog ban đầu.
- Tín hiệu cân bằng: Phương pháp này sử dụng tín hiệu cân bằng để truyền tải tín hiệu Analog. Tín hiệu cân bằng được tạo ra bằng cách sử dụng một mạch điện để lọc và cân bằng tín hiệu Analog. Tín hiệu cân bằng này được truyền tải qua một đường dây điện hoặc dây cáp để đến đích.
- Tín hiệu sóng vô tuyến: Phương pháp này sử dụng sóng vô tuyến để truyền tải tín hiệu Analog. Tín hiệu Analog được biến đổi thành tín hiệu tương tự với tần số cao hơn và được truyền tải qua sóng vô tuyến. Tại điểm đích, tín hiệu tương tự được giải mã để tạo ra tín hiệu Analog ban đầu.
- Tín hiệu dây cáp: Phương pháp này sử dụng dây cáp để truyền tải tín hiệu Analog. Tín hiệu Analog được truyền tải qua dây cáp và tại điểm đích, tín hiệu được truyền qua một mạch điện để tái tạo tín hiệu Analog ban đầu.
Ưu điểm và nhược điểm của tín hiệu Analog
Ưu điểm của tín hiệu Analog
Các thiết bị sử dụng tín hiệu Analog được tạo tín hiệu liên tục sẽ không bị ngắt quãng giúp vận hành các loại thiết bị được chính xác.
Chi phí lắp đặt các loại thiết bị sử dụng tín hiệu analog và bộ điều khiển các loại thiết bị này tương đối rẻ tiền và phù hợp với điều kiện kinh tế hiện nay. Nó có chi phí rẻ hơn nhiều so với dạng tín hiệu số(Tín hiệu Digital)
Lưu lượng tín hiệu analog được truyền tải là không giới hạn. Mặt khác nó có thể sử dụng để truyền dẫn đi xa, truyền dẫn trong một thời gian dài liên tục không bị ngắt quãng. Lưu lượng băng thông truyền đi thông tin hoặc lưu lượng qua các sợi cáp đồng trục là không giới hạn nên bạn hoàn toàn có thể yên tâm sử dụng loại tín hiệu này
Các hệ thống âm thanh và hệ thống hình ảnh sử dụng dạng tín hiệu tương tự không bị ảnh hưởng bởi các vấn đề nhiễu động bên ngoài. Tuy vậy do tín hiệu analog là loại tín hiệu đời đầu nên hiện nay các dòng sản phẩm âm thanh, hình ảnh của nó đang dần được thay thế bới loại tín hiệu mới tốt hơn là dạng tín hiệu Digital
Nhược điểm của tín hiệu analog
Hệ thống sử dụng để lắp đặt tín hiệu analog khá nhiều và rắc rối, cần phải có sự am hiểu chi tiết mới có thể lắp đặt và vận hành hiệu quả
Việc truyền dẫn tín hiệu sử dụng có thể bị nhiễu động bởi các yếu tố bên ngoài tác động vào nó. Điều này là vô cùng nguy hiểm cho các hệ thống sử dụng loại tín hiệu này bởi vô hình chung tín hiệu không chính xác dẫn đến các sai số vận hành tự động trong hệ thống sử dụng
Ứng dụng của tín hiệu Analog trong công nghiệp hiện nay
Tín hiệu analog ra đời từ rất lâu, mặc dù hiện nay sự ra đời của các loại tín hiệu Digital với nhiều ưu điểm và tiện lợi hơn rất nhiều nhưng với việc chi phí rẻ, tín hiệu không bị ngắt quãng và liên tục nên nó vẫn được sử dụng nhiều trong công nghiệp hiện nay. Có thể kể đến một vài ứng dụng của tín hiệu này như sau
Ứng dụng của Analog trong công nghệ thông tin
Tín hiệu Analog được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghệ thông tin, đặc biệt là trong viễn thông và các thiết bị điện tử. Sau đây là một số ứng dụng của tín hiệu Analog trong công nghệ thông tin:
- Truyền thông âm thanh và video: Tín hiệu Analog được sử dụng để truyền tải âm thanh và video qua các kênh truyền thông truyền thống như đường dây điện thoại, tín hiệu truyền hình vệ tinh và tín hiệu sóng vô tuyến.
- Thiết bị đo lường: Tín hiệu Analog được sử dụng trong các thiết bị đo lường như các cảm biến áp suất, nhiệt độ, độ ẩm và các cảm biến khác.
- Điện thoại di động: Mặc dù tín hiệu số được sử dụng để truyền thông tin giữa các điện thoại di động, tín hiệu Analog vẫn được sử dụng để chuyển đổi âm thanh thành tín hiệu số và ngược lại.
- Máy tính: Tín hiệu Analog được sử dụng trong các thiết bị đầu vào của máy tính như bàn phím và chuột. Ngoài ra, các tín hiệu Analog còn được sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chẳng hạn như loa và màn hình.
- Công nghệ điều khiển và tự động hóa: Tín hiệu Analog được sử dụng để đo các thông số vật lý, như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, để điều khiển các thiết bị như bơm, quạt và động cơ.
Van điều khiển điện sử dụng tín hiệu analog
Van điều khiển điện hiện nay là các dòng van sử dụng bộ điều khiển bằng điện để vận hành đóng mở điều tiết lưu lượng đi qua trong hệ thống đường ống. Việc đóng mở van bằng điện áp như 220V, 24V, 380V…thay cho việc đóng mở bằng tay thì hiện nay đã có thể sử dụng đóng mở hoàn toàn tự động bằng điện áp
Việc điều khiển van có thể sử dụng hệ thống PLC trong nhà máy được lập trình sẵn để điều khiển van. Van sử dụng tín hiệu analog phố biến nhất hiện nay là tín hiệu analog 4- 20mA là chính. Nó cũng có thể sử dụng được tín hiệu 0-10V để điều khiển tự động. Đây đang là giải pháp có nhiều ưu điểm và sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp hiện nay
Các loại van điều khiển điện sử dụng tín hiệu analog hiện nay bao gồm có:
- Van bi điều khiển điện tuyến tính 4-20mA
- Van bướm điều khiển bằng điện tuyến tính 4-20mA
- Van cầu điều khiển điện
- Van cổng điều khiển bằng điện
Van điều khiển bằng khí nén sử dụng tín hiệu analog
Hiện nay ngoài các dòng van điều khiển điện sử dụng tín hiệu analog thì còn có thêm một sự lựa chọn rất tốt và giá thành cũng rẻ nhưng vô cùng hiệu quả là các dòng van điều khiển bằng khí nén sử dụng tín hiệu 4-20mA để điều khiển van
Van điều khiển bằng khí nén chính là các dòng van cơ hiện nay như van bi, van bướm, van cầu, van cổng…sử dụng bộ điều khiển bằng khí nén thay thế cho phần truyền động van bằng tay như tay gạt, tay quay để điều khiển van
Các dòng van điều khiển bằng khí nén sử dụng tín hiệu analog hiện nay như 4-20mA, 0-10V để điều khiển van. Cơ cấu bên trong bộ điều khiển khí nén có sử dụng thêm bộ tuyến tính để điều khiển van
Các dòng van điều khiển bằng khí nén sử dụng tín hiệu analog hiện nay gồm có
- Van bướm điều khiển bằng khí nén tuyến tính 4-20mA
- Van bi điều khiển bằng khí nén tuyến tính 4-20mA
- Van cầu điều khiển bằng khí nén
- Van cổng điều khiển khí nén
Đồng hồ đo nước điện từ sử dụng tín hiệu analog
Các loại thiết bị đo lưu lượng nước hiện nay bao gồm nước sạch, nước thải, hơi nóng, hóa chất…có sử dụng tín hiệu analog đang là giải pháp vô cùng hiệu quả trong việc đo lượng
Đồng hồ đo lưu lượng điện tử là dạng đồng hồ sử dụng các cảm biến điện từ tạo ra từ trường để đo lưu lượng đi qua. Thông số được xuất ra một màn hình điện tử để chúng ta biết được các thông số cần thiết như lưu lượng tức thời, lưu lượng tổng…Ngoài ra nó còn có thể xuất tín hiệu 4-20mA cho hệ thống PLC hoặc trung tâm sử lý dữ liệu này để biết được các thông số cần thiết mà không cần phải đến để quan sát trực tiếp đồng hồ đo
Kết luận về bài viết tín hiệu analog
Như vậy tôi và các bạn đã cùng nhau tìm hiểu về tín hiệu analog và các đặc điểm của tín hiệu này. Cùng với đó tôi cũng đã giới thiệu qua cho các bạn biết về các ứng dụng cơ bản trong công nghiệp hiện nay của loại tín hiệu này
Bài viết thiên về giới thiệu khái quát cho bạn đọc hiểu và tham khảo bởi nôi dung rất rộng nên chúng tôi chỉ giới thiệu qua mà không đi sâu chi tiết
Bài viết được tham khảo từ nhiều nguồn trên Internet và kinh nghiệm bản thân trong lĩnh vực công nghiệp của chúng tôi. Vui lòng không copy hoặc nếu có thể ghi nguồn bài viết nếu các bạn có ý định copy bài viết.
