Od robotskih pogonskih lanaca do transportnih traka u operacijama lanca opskrbe do ljuljanja tornjeva vjetroturbina, senzor položaja je kritična funkcija u širokom spektru primjena. Može imati mnogo oblika, uključujući linearne, rotacijske, kutne, apsolutne, inkrementalne, kontaktne i beskontaktne senzore. Razvijeni su specijalizirani senzori koji mogu odrediti tri dimenzije lonca. strujni, kapacitivni, magnetostriktivni, Hall efekt, optička vlakna, optički i ultrazvučni.
Ovaj FAQ pruža kratak uvod u različite oblike senzora položaja, a zatim daje pregled niza tehnologija koje dizajneri mogu izabrati prilikom implementacije rješenja za otkrivanje položaja.
Potenciometrijski senzori položaja su uređaji zasnovani na otporu koji kombinuju fiksnu otpornu stazu sa brisačem pričvršćenim za objekat čiji položaj treba osetiti. Kretanje objekta pomiče brisače duž staze. Položaj objekta se meri korišćenjem mreže razdelnika napona formirane od šina i brisača za merenje linearnog ili rotacionog kretanja sa niskom cenom DC senzora, ali imaju nisku cenu DC senzora (Slika cc 1). upornost i ponovljivost.
Induktivni senzori položaja koriste promjene u svojstvima magnetnog polja induciranog u zavojnici senzora. Ovisno o njihovoj arhitekturi, mogu mjeriti linearni ili rotacijski položaj. Senzori položaja linearnog varijabilnog diferencijalnog transformatora (LVDT) koriste tri zavojnice omotane oko šuplje cijevi;primarni kalem i dva sekundarna namotaja. Zavojnice su spojene serijski, a fazni odnos sekundarne zavojnice je 180° van faze u odnosu na primarni kalem. Feromagnetno jezgro zvano armatura je postavljeno unutar cijevi i povezano sa objektom na lokaciji koja se mjeri. Napon pobude se primjenjuje na primarni kalem, a elektromagnetno jezgro koje se javlja u sekundarnoj elek. može se odrediti razlika napona između sekundarnih namotaja, relativni položaj armature i na šta je pričvršćena. Rotirajući diferencijalni transformator napona (RVDT) koristi istu tehniku ​​za praćenje rotirajuće pozicije. LVDT i RVDT senzori nude dobru preciznost, linearnost, rezoluciju i visoku osjetljivost. Oni su bez trenja i mogu se zatvoriti za upotrebu u teškim okruženjima.
Senzori položaja vrtložnih struja rade sa vodljivim objektima. Vrtložne struje su inducirane struje koje se javljaju u provodljivim materijalima u prisustvu promjenjivog magnetskog polja. Ove struje teku u zatvorenoj petlji i generiraju sekundarno magnetsko polje. Senzori vrtložne struje se sastoje od zavojnica i linearizacijskih krugova. Izmjenična struja pokreće zavojnicu kako bi stvorila primarno magnetsko polje koje može osjetiti primarnu interakciju objekta. sekundarno polje proizvedeno vrtložnim strujama, koje utječe na impedanciju zavojnice. Kako se objekt približava zavojnici, gubici vrtložne struje se povećavaju i oscilirajući napon postaje manji (slika 2). Oscilirajući napon se ispravlja i obrađuje linearizacijskim krugom kako bi se proizveo linearni istosmjerni izlaz proporcionalan udaljenosti objekta.
Vrtložni strujni uređaji su robusni, beskontaktni uređaji koji se obično koriste kao senzori blizine. Oni su omnidirekcioni i mogu odrediti relativnu udaljenost do objekta, ali ne i smjer ili apsolutnu udaljenost do objekta.
Kao što ime sugerira, kapacitivni senzori položaja mjere promjene u kapacitivnosti kako bi odredili položaj objekta koji se očitava. Ovi beskontaktni senzori se mogu koristiti za mjerenje linearnog ili rotacijskog položaja. Sastoje se od dvije ploče razdvojene dielektričnim materijalom i koriste jednu od dvije metode za otkrivanje položaja objekta:
Kako bi se izazvala promjena dielektrične konstante, objekt čiji se položaj treba detektirati je pričvršćen za dielektrični materijal. Kako se dielektrični materijal kreće, efektivna dielektrična konstanta kondenzatora se mijenja zbog kombinacije površine dielektričnog materijala i dielektrične konstante zraka. Alternativno, objekt se može spojiti na daljinski objekt, bliskiju ploču pomiču na jednu od ploča. promjena kapacitivnosti se koristi za određivanje relativnog položaja.
Kapacitivni senzori mogu mjeriti pomak, udaljenost, položaj i debljinu objekata. Zbog svoje visoke stabilnosti signala i rezolucije, kapacitivni senzori pomaka se koriste u laboratorijskim i industrijskim okruženjima. Na primjer, kapacitivni senzori se koriste za mjerenje debljine filma i primjene ljepila u automatiziranim procesima. U industrijskim mašinama se koriste za praćenje pomaka i položaja alata.
Magnetostrikcija je svojstvo feromagnetnih materijala koje uzrokuje da materijal promijeni svoju veličinu ili oblik kada se primijeni magnetsko polje. U magnetostriktivnom senzoru položaja, pokretni magnet položaja je pričvršćen na objekt koji se mjeri. Sastoji se od talasovoda koji se sastoji od žica koje prenose strujne impulse, spojenih na senzor koji se nalazi na kraju talasovoda koji se nalazi na kraju talasovoda. žica koja stupa u interakciju s aksijalnim magnetnim poljem trajnog magneta (magnet u klipu cilindra, slika 3a). Interakcija polja je uzrokovana uvijanjem (Viedemannov efekat), koje napreže žicu, stvarajući akustični impuls koji se širi duž talasovoda i detektuje ga senzor na kraju talasovoda inicijalne struje talasa 3b (slika 3B). detekcija akustičnog impulsa, relativni položaj pozicijskog magneta i stoga se objekt može izmjeriti (Sl.3c).
Magnetostriktivni senzori položaja su beskontaktni senzori koji se koriste za detekciju linearnog položaja. Talovodi su često smješteni u cijevi od nehrđajućeg čelika ili aluminija, što omogućava korištenje ovih senzora u prljavim ili vlažnim sredinama.
Kada se tanak, ravan provodnik stavi u magnetsko polje, bilo koja struja koja teče ima tendenciju da se nakupi na jednoj strani vodiča, stvarajući potencijalnu razliku koja se zove Holov napon. Ako je struja u vodiču konstantna, veličina Holovog napona će odražavati jačinu magnetnog polja. U senzoru položaja sa Holovim efektom, objekat je povezan sa magnetom smeštenim u magnetu koji se nalazi u senzorskom elementu koji se menja relativnim naponom objekta u odnosu na Holov napon se menja. .Mjerenjem Holovog napona može se odrediti položaj objekta.Postoje specijalizirani senzori položaja s Hallovim efektom koji mogu odrediti položaj u tri dimenzije (Slika 4).Senzori položaja s Hallovim efektom su beskontaktni uređaji koji pružaju visoku pouzdanost i brzo sensing, a rade u širokom temperaturnom rasponu. Koriste se u širokom rasponu potrošačkih, medicinskih, automoto aplikacija.
Postoje dvije osnovne vrste optičkih senzora. U unutrašnjim optičkim senzorima, vlakno se koristi kao senzorski element. U vanjskim optičkim senzorima, optička vlakna se kombiniraju s drugom tehnologijom senzora za prijenos signala udaljenoj elektronici za obradu. U slučaju mjerenja unutrašnjeg optičkog vlakna, uređaj kao što je optička vremenska domena može se koristiti za izračunavanje reflektometarskog pomaka instrumenta. reflektometar u optičkom frekvencijskom domenu. Optički senzori su imuni na elektromagnetne smetnje, mogu biti dizajnirani da rade na visokim temperaturama i neprovodni su, tako da se mogu koristiti u blizini visokog pritiska ili zapaljivih materijala.
Drugi optički senzor baziran na tehnologiji Braggove rešetke (FBG) vlakana također se može koristiti za mjerenje položaja. FBG djeluje kao zarezni filter, reflektirajući mali dio svjetlosti usredsređen na Braggovu talasnu dužinu (λB) kada je osvijetljen svjetlom širokog spektra. Proizveden je od mikrostruktura urezanih u vlaknasto vlakno, koji se mogu koristiti za mjerenje temperature kao što je FBG parametar koji se može koristiti za mjerenje pritiska. menta, ubrzanja i opterećenja.
Postoje dva tipa optičkih senzora položaja, poznatih i kao optički enkoderi. U jednom slučaju, svjetlost se šalje prijemniku na drugom kraju senzora. U drugom tipu, emitovani svjetlosni signal se reflektira od nadziranog objekta i vraća se izvoru svjetlosti. Ovisno o dizajnu senzora, promjene u svojstvima svjetlosti, kao što su valna dužina, intenzitet, faza ili polarizacija se koriste za određivanje položaja optične polarizacije objekta. ar i rotaciono kretanje. Ovi senzori spadaju u tri glavne kategorije;transmisivni optički enkoderi, reflektivni optički enkoderi i interferometrijski optički enkoderi.
Ultrazvučni senzori položaja koriste piezoelektrične kristalne pretvarače za emitiranje ultrazvučnih valova visoke frekvencije. Senzor mjeri reflektirani zvuk. Ultrazvučni senzori se mogu koristiti kao jednostavni senzori blizine, ili složeniji dizajni mogu pružiti informacije o rasponu. Ultrazvučni senzori položaja rade s ciljnim objektima od raznih materijala i površinskih tipova, i mogu detektirati na većoj udaljenosti od drugih tipova senzora na površini. ambijentalna buka, infracrveno zračenje i elektromagnetne smetnje. Primjeri primjene koje koriste ultrazvučne senzore položaja uključuju detekciju nivoa tekućine, brzo brojanje objekata, robotske navigacijske sisteme i automobilsko sensing. Tipični automobilski ultrazvučni senzor sastoji se od plastičnog kućišta, piezoelektričnog pretvarača, i dodatnog ispisnog kruga za mikromembranu i mikro membrane za ponovno štampanje. ving, i obradu signala (Slika 5).
Senzori položaja mogu mjeriti apsolutno ili relativno linearno, rotacijsko i kutno kretanje objekata. Senzori položaja mogu mjeriti kretanje uređaja kao što su aktuatori ili motori. Također se koriste u mobilnim platformama kao što su roboti i automobili. Različite tehnologije se koriste u senzorima položaja s različitim kombinacijama trajnosti okoline, cijene, točnosti, ponovljivosti i drugih atributa.
3D magnetni senzori položaja, Allegro Microsystems Analiza i poboljšanje sigurnosti ultrazvučnih senzora za autonomna vozila, IEEE Internet of Things Journal Kako odabrati senzor položaja, Cambridge Integrated Circuits Tipovi senzora položaja, Ixthus InstrumentationŠta je induktivni senzor položaja?, Keyence Šta je A Magnetosingstrictive?
Pregledajte najnovija izdanja Design World i zadnja izdanja u formatu visokog kvaliteta koji je jednostavan za korištenje. Uredite, dijelite i preuzmite danas s vodećim časopisom o dizajnu.
Najbolji svjetski EE forum za rješavanje problema koji pokriva mikrokontrolere, DSP, umrežavanje, analogni i digitalni dizajn, RF, energetsku elektroniku, usmjeravanje PCB-a i još mnogo toga
Autorsko pravo © 2022 WTWH Media LLC. sva prava zadržana. Materijal na ovoj stranici se ne smije reproducirati, distribuirati, prenositi, keširati ili na drugi način koristiti bez prethodne pismene dozvole WTWH Media Polisa privatnosti |Oglašavanje |O nama