من سلاسل القيادة الآلية إلى أحزمة النقل في عمليات سلسلة التوريد إلى تأثير أبراج توربينات الرياح ، يعتبر استشعار الموضع وظيفة حاسمة في مجموعة واسعة من التطبيقات ، ويمكن أن يتخذ العديد من الأشكال ، بما في ذلك المستشعرات الخطية ، والدوارة ، والزاوية ، والمطلقة ، والتزايدية ، والتلامسية وغير المتصلة ، وقد تم تطوير مستشعرات متخصصة يمكنها تحديد الموضع في ثلاثة أبعاد. والموجات فوق الصوتية.
توفر هذه الأسئلة الشائعة مقدمة موجزة عن الأشكال المختلفة لاستشعار الموضع ، ثم تستعرض مجموعة من التقنيات التي يمكن للمصممين الاختيار من بينها عند تنفيذ حل استشعار الموضع.
مستشعرات قياس الجهد هي أجهزة قائمة على المقاومة تجمع بين مسار مقاوم ثابت مع ممسحة متصلة بالجسم الذي يحتاج إلى استشعار موضعه ، وتحرك حركة الجسم الماسحة على طول المسار ، ويتم قياس موضع الكائن باستخدام شبكة مقسم للجهد مكونة من القضبان والمساحات لقياس الحركة الخطية أو الدورانية بجهد ثابت للتيار المستمر (الشكل 1).
تستخدم مستشعرات الموضع الاستقرائي التغييرات في خصائص المجال المغناطيسي المحرض في ملف المستشعر ، اعتمادًا على بنيتها ، يمكنها قياس المواضع الخطية أو الدورانية. تستخدم مستشعرات الموضع الخطي المتغير (LVDT) ثلاثة ملفات ملفوفة حول أنبوب مجوف ؛ملف أساسي وملفان ثانويان ، يتم توصيل الملفات في سلسلة ، وتكون علاقة الطور للملف الثانوي 180 درجة خارج الطور فيما يتعلق بالملف الأولي ، ويتم وضع قلب مغناطيسي يسمى المحرك داخل الأنبوب ومتصل بالكائن في الموقع الذي يتم قياسه ، ويتم تطبيق جهد الإثارة على الملف الأساسي ويتم إحداث فرق الجهد الكهرومغناطيسي المتصل به في الملف الثانوي وقياس الجهد الكهرومغناطيسي. يستخدم المحول التفاضلي للجهد الدوار (RVDT) نفس التقنية لتتبع موضع الدوران. توفر مستشعرات LVDT و RVDT دقة جيدة وخطية ودقة وحساسية عالية ، فهي عديمة الاحتكاك ويمكن إغلاقها للاستخدام في البيئات القاسية.
تعمل مستشعرات وضع التيار إيدي مع الأجسام الموصلة ، والتيارات إيدي هي التيارات المستحثة التي تحدث في المواد الموصلة في وجود مجال مغناطيسي متغير ، وتتدفق هذه التيارات في حلقة مغلقة وتولد مجالًا مغناطيسيًا ثانويًا ، وتتكون مستشعرات التيار إيدي من ملفات ودوائر خطية ، ويؤثر التيار المتناوب على الملف لإنشاء المجال المغناطيسي الأساسي ، وعندما يقترب الملف أو يتحرك بعيدًا عن موضعه عن طريق تفاعل المجال المغناطيسي. مقاومة الملف: عندما يقترب الجسم من الملف ، تزداد خسائر تيار الدوامة ويصبح الجهد المتذبذب أصغر (الشكل 2) ، ويتم تصحيح الجهد المتذبذب ومعالجته بواسطة دائرة خطية لإنتاج خرج خطي للتيار المستمر يتناسب مع مسافة الجسم.
أجهزة التيار إيدي هي أجهزة متينة لا تلامس تُستخدم عادةً كمستشعرات تقارب ، وهي متعددة الاتجاهات ويمكنها تحديد المسافة النسبية للكائن ، ولكن ليس الاتجاه أو المسافة المطلقة للكائن.
كما يوحي الاسم ، تقيس مستشعرات الموضع السعوي التغيرات في السعة لتحديد موضع الجسم الذي يتم استشعاره ، ويمكن استخدام هذه المستشعرات غير المتصلة لقياس الموضع الخطي أو الدوراني ، وتتكون من لوحين مفصولين بمادة عازلة وتستخدم إحدى الطريقتين لاكتشاف موضع الجسم:
من أجل إحداث تغيير في ثابت العزل الكهربائي ، يتم توصيل الكائن المراد الكشف عن موضعه بمادة العزل ، وعندما تتحرك المادة العازلة ، يتغير ثابت العزل الفعال للمكثف بسبب الجمع بين منطقة المادة العازلة وثابت العزل الكهربائي للهواء ، وبدلاً من ذلك ، يمكن توصيل الجسم بإحدى لوحات المكثف ، وعندما يتحرك الجسم أو بعيدًا ، يتم تحديد الموضع النسبي للوحة المكثف.
يمكن لأجهزة الاستشعار السعوية قياس الإزاحة والمسافة والموضع وسمك الأشياء ، وبسبب ثبات الإشارة العالية ودقة الوضوح ، تُستخدم مستشعرات الإزاحة السعوية في البيئات المختبرية والصناعية ، على سبيل المثال ، تُستخدم المستشعرات السعوية لقياس سماكة الفيلم والتطبيقات اللاصقة في العمليات الآلية ، وفي الآلات الصناعية ، يتم استخدامها لمراقبة الإزاحة وموضع الأداة.
الانقباض المغناطيسي هو خاصية للمواد المغناطيسية التي تتسبب في تغيير المادة لحجمها أو شكلها عند تطبيق مجال مغناطيسي ، في مستشعر موضع التقبُّض المغناطيسي ، يتم توصيل مغناطيس الموضع المتحرك بالجسم الذي يتم قياسه ، ويتكون من دليل موجي يتكون من أسلاك تحمل نبضات التيار ، متصلة بجهاز استشعار موجود في نهاية الدليل الموجي المرسل (الشكل 3) ، وعندما يتم إنشاء موجه النبضات الحالية لأسفل. من المغناطيس الدائم (المغناطيس في مكبس الأسطوانة ، الشكل 3 أ). يحدث تفاعل المجال بسبب التواء (تأثير Wiedemann) ، الذي يجهد السلك ، وينتج نبضًا صوتيًا ينتشر على طول الدليل الموجي ويكتشفه مستشعر في نهاية الدليل الموجي (الشكل 3 ب). عن طريق قياس الوقت المنقضي بين بداية النبضة المقاسة وموضع النبض الحالي. (التين.3 ج).
مستشعرات الموضع المغنطيسي هي مستشعرات لا تلامس تستخدم للكشف عن الموضع الخطي. غالبًا ما يتم وضع موجهات الموجات في أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم ، مما يتيح استخدام هذه المستشعرات في البيئات المتسخة أو الرطبة.
عندما يتم وضع موصل رفيع ومسطح في مجال مغناطيسي ، فإن أي تيار يتدفق يميل إلى التراكم على جانب واحد من الموصل ، مما يخلق فرقًا محتملًا يسمى هول هول ، وإذا كان التيار في الموصل ثابتًا ، فإن مقدار جهد هول سيعكس قوة المجال المغناطيسي ، وفي مستشعر تأثير هول ، يتم توصيل الكائن بمغناطيس موجود في عمود المستشعر الناتج ، ويتغير موضع الجهد في الجسم المتغير ، ويتغير موضع الجهد في عمود القياس عند تغيير الكائن في عمود المستشعر. يمكن تحديد موضع الجسم ، وهناك مستشعرات خاصة بتأثير هول يمكنها تحديد الموضع في ثلاثة أبعاد (الشكل 4) ، مستشعرات تأثير هول هي أجهزة غير ملامسة توفر موثوقية عالية واستشعارًا سريعًا ، وتعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة ، وتستخدم في مجموعة من التطبيقات الاستهلاكية والصناعية والسيارات والطبية.
هناك نوعان أساسيان من مستشعرات الألياف الضوئية ، في مستشعرات الألياف الضوئية الداخلية ، يتم استخدام الألياف كعنصر استشعار ، وفي مستشعرات الألياف الضوئية الخارجية ، يتم دمج الألياف البصرية مع تقنية استشعار أخرى لنقل الإشارة إلى الإلكترونيات البعيدة للمعالجة ، وفي حالة قياسات موضع الألياف الجوهرية ، يمكن استخدام جهاز مثل مقياس انعكاس المجال الزمني البصري لتحديد التأخير الزمني ، ويمكن استخدام أداة قياس طول الموجة المحسوبة. يمكن تصميم التداخل اللا حركي للعمل في درجات حرارة عالية وغير موصلة للكهرباء ، لذا يمكن استخدامها بالقرب من الضغط العالي أو المواد القابلة للاشتعال.
يمكن أيضًا استخدام مستشعر آخر من الألياف الضوئية يعتمد على تقنية محزوز الألياف الضوئية (FBG) لقياس الموضع. يعمل FBG كمرشح درجة ، ويعكس جزءًا صغيرًا من الضوء المتمركز على طول موجة براج (λB) عند إضاءته بواسطة ضوء واسع الطيف.
هناك نوعان من مستشعرات الموضع البصري ، والمعروفة أيضًا باسم الترميز البصري ، وفي حالة واحدة ، يتم إرسال الضوء إلى جهاز استقبال على الطرف الآخر من المستشعر ، وفي النوع الثاني ، تنعكس إشارة الضوء المنبعثة عن طريق الكائن المرصود وتعود إلى مصدر الضوء ، اعتمادًا على تصميم المستشعر ، يتم استخدام التغييرات في خصائص الضوء ، مثل الطول الموجي ، والشدة ، والطور أو الاستقطاب ، لتحديد موضع المستشعر البصري. تنقسم إلى ثلاث فئات رئيسية ؛المشفرات الضوئية الناقلة والمشفرات الضوئية العاكسة والمشفرات الضوئية التداخلية.
تستخدم مستشعرات الموضع بالموجات فوق الصوتية محولات طاقة بلورية كهرضغطية لإصدار موجات فوق صوتية عالية التردد ، ويقيس المستشعر الصوت المنعكس ، ويمكن استخدام مستشعرات الموجات فوق الصوتية كمستشعرات تقارب بسيطة ، أو يمكن أن توفر التصميمات الأكثر تعقيدًا معلومات النطاق ، تعمل مستشعرات الموضع بالموجات فوق الصوتية مع الأجسام المستهدفة من مجموعة متنوعة من المواد والميزات السطحية ، ويمكنها الكشف عن الأجسام الصغيرة على مسافات أكبر من العديد من أنواع الاهتزازات المحيطة ومستشعرات الضوضاء. تشتمل التطبيقات التي تستخدم مستشعرات الموضع بالموجات فوق الصوتية على اكتشاف مستوى السائل ، والعد عالي السرعة للأشياء ، وأنظمة الملاحة الآلية ، واستشعار السيارات. يتكون المستشعر النموذجي بالموجات فوق الصوتية للسيارات من غلاف بلاستيكي ، ومحول طاقة كهرضغطية مع غشاء إضافي ، ولوحة دوائر مطبوعة مع دوائر إلكترونية ووحدات تحكم دقيقة لنقل الإشارات واستقبالها ومعالجتها (الشكل 5).
يمكن لمستشعرات الموضع قياس الحركة الخطية والزاوية والدورانية المطلقة أو النسبية للأشياء ، ويمكن لمستشعرات الموضع قياس حركة الأجهزة مثل المشغلات أو المحركات ، كما تُستخدم في المنصات المتنقلة مثل الروبوتات والسيارات ، وتُستخدم مجموعة متنوعة من التقنيات في مستشعرات الموضع مع مجموعات مختلفة من المتانة البيئية والتكلفة والدقة والتكرار والسمات الأخرى.
مستشعرات الموضع المغناطيسي ثلاثية الأبعاد ، Allegro Microsystems تحليل وتعزيز أمان أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية للمركبات ذاتية القيادة ، IEEE Internet of Things Journal كيفية تحديد مستشعر الموضع ، أنواع مستشعرات الدوائر المتكاملة في كامبريدج ، أجهزة Ixthus ما هو مستشعر الموضع الاستقرائي ؟، Keyence ما هو استشعار الموضع المغناطيسي ؟، AMETEK
تصفح أحدث إصدارات Design World وأعد الإصدارات بتنسيق سهل الاستخدام وعالي الجودة ، قم بتحرير ومشاركة وتنزيل اليوم مع مجلة هندسة التصميم الرائدة.
منتدى EE الأفضل في العالم لحل المشكلات والذي يغطي المتحكمات الدقيقة و DSP والشبكات والتصميم التناظري والرقمي و RF وإلكترونيات الطاقة وتوجيه PCB والمزيد
حقوق الطبع والنشر © 2022 WTWH Media LLC. جميع الحقوق محفوظة. لا يجوز إعادة إنتاج المواد الموجودة على هذا الموقع أو توزيعها أو نقلها أو تخزينها مؤقتًا أو استخدامها بدون إذن كتابي مسبق من WTWH MediaPrivacy Policy |معلومات عنا