Des de cadenes d'accionament robòtiques fins a cintes transportadores en les operacions de la cadena de subministrament fins a l'oscil·lació de les torres de turbines eòliques, la detecció de posició és una funció crítica en una àmplia gamma d'aplicacions. Pot adoptar moltes formes, incloent sensors lineals, rotatius, angulars, absoluts, incrementals, de contacte i sense contacte. , Efecte Hall, fibra òptica, òptica i ultrasònica.
Aquestes PMF ofereixen una breu introducció a les diverses formes de detecció de posició i, a continuació, revisa una sèrie de tecnologies entre les quals els dissenyadors poden triar quan implementen una solució de detecció de posició.
Els sensors de posició potenciomètrics són dispositius basats en resistència que combinen una pista resistiva fixa amb un eixugaparabrises connectat a l'objecte la posició del qual s'ha de detectar. El moviment de l'objecte mou els eixugaparabrises al llarg de la pista. i repetibilitat.
Els sensors de posició inductius utilitzen els canvis en les propietats del camp magnètic induït a la bobina del sensor. Depenent de la seva arquitectura, poden mesurar la posició lineal o rotacional. Els sensors de posició del transformador diferencial variable lineal (LVDT) utilitzen tres bobines embolicades al voltant d'un tub buit;una bobina primària i dues bobines secundàries. Les bobines estan connectades en sèrie, i la relació de fase de la bobina secundària és 180° desfasada respecte a la bobina primària. Un nucli ferromagnètic anomenat induït es col·loca dins del tub i es connecta a l'objecte en el lloc que es mesura. S'aplica una tensió d'excitació a la bobina primària i una tensió d'excitació a la bobina primària i una força electromagnètica (EMF) que mesura la força electromagnètica induïda en la bobina secundària (EMF). es pot determinar la posició relativa de l'induït i a què està connectada. Un transformador diferencial de voltatge rotatiu (RVDT) utilitza la mateixa tècnica per fer un seguiment de la posició giratòria. Els sensors LVDT i RVDT ofereixen una bona precisió, linealitat, resolució i alta sensibilitat. No tenen fricció i es poden segellar per utilitzar-los en entorns durs.
Els sensors de posició de corrents de Foucault funcionen amb objectes conductors. Els corrents de Foucault són corrents induïdes que es produeixen en materials conductors en presència d'un camp magnètic canviant. Aquests corrents flueixen en un bucle tancat i generen un camp magnètic secundari. Els sensors de corrents de Foucault consisteixen en bobines i circuits de linealització. camp ry produït pels corrents de Foucault, que afecta la impedància de la bobina. A mesura que l'objecte s'acosta a la bobina, les pèrdues de corrent de Foucault augmenten i la tensió oscil·lant es fa més petita (Figura 2).
Els dispositius de corrent de Foucault són dispositius resistents i sense contacte que s'utilitzen normalment com a sensors de proximitat. Són omnidireccionals i poden determinar la distància relativa a l'objecte, però no la direcció o la distància absoluta a l'objecte.
Com el seu nom indica, els sensors de posició capacitius mesuren els canvis en la capacitat per determinar la posició de l'objecte que s'està detectant. Aquests sensors sense contacte es poden utilitzar per mesurar la posició lineal o rotacional. Consten de dues plaques separades per un material dielèctric i utilitzen un dels dos mètodes per detectar la posició d'un objecte:
Per provocar un canvi en la constant dielèctrica, l'objecte la posició del qual s'ha de detectar s'uneix al material dielèctric. A mesura que el material dielèctric es mou, la constant dielèctrica efectiva del condensador canvia a causa de la combinació de l'àrea del material dielèctric i la constant dielèctrica de l'aire. Alternativament, l'objecte es pot connectar a una de les plaques del condensador. posició.
Els sensors capacitius poden mesurar el desplaçament, la distància, la posició i el gruix d'objectes. A causa de la seva alta estabilitat i resolució del senyal, els sensors de desplaçament capacitius s'utilitzen en entorns de laboratori i industrials. Per exemple, els sensors capacitius s'utilitzen per mesurar el gruix de la pel·lícula i aplicacions adhesives en processos automatitzats. En màquines industrials, s'utilitzen per controlar el desplaçament i la posició de l'eina.
La magnetostricció és una propietat dels materials ferromagnètics que fa que el material canviï la seva mida o forma quan s'aplica un camp magnètic. En un sensor de posició magnetostrictiu, un imant de posició mòbil s'adjunta a l'objecte que es mesura. Consisteix en una guia d'ones formada per cables que transporten polsos de corrent, connectats a un sensor situat al final de la guia d'ones (Figura 3, quan s'envia un pols magnètic cap avall amb la guia d'ona creada). camp magnètic axial de l'imant permanent (l'imant del pistó del cilindre, figura 3a). La interacció del camp és causada per la torsió (efecte Wiedemann), que tensa el cable, produint un pols acústic que es propaga al llarg de la guia d'ones i que és detectat per un sensor al final de la guia d'ones (Fig. 3b). la posició relativa de l'imant de posició i, per tant, es pot mesurar l'objecte (Fig.3c).
Els sensors de posició magnetostrictius són sensors sense contacte que s'utilitzen per detectar la posició lineal. Les guies d'ones sovint s'allotgen en tubs d'acer inoxidable o alumini, cosa que permet utilitzar aquests sensors en entorns bruts o humits.
Quan un conductor prim i pla es col·loca en un camp magnètic, qualsevol corrent que flueix tendeix a acumular-se en un costat del conductor, creant una diferència de potencial anomenada tensió Hall. Si el corrent al conductor és constant, la magnitud de la tensió Hall reflectirà la força del camp magnètic. Mitjançant la mesura de la tensió Hall, es pot determinar la posició d'un objecte. Hi ha sensors de posició d'efecte Hall especialitzats que poden determinar la posició en tres dimensions (figura 4). Els sensors de posició d'efecte Hall són dispositius sense contacte que proporcionen una gran fiabilitat i detecció ràpida, i operen en un ampli rang de temperatures. S'utilitzen en una varietat d'aplicacions de consum, industrials i d'automoció.
Hi ha dos tipus bàsics de sensors de fibra òptica. En els sensors de fibra òptica intrínseca, la fibra s'utilitza com a element de detecció. En els sensors de fibra òptica externa, la fibra òptica es combina amb una altra tecnologia de sensor per transmetre el senyal a l'electrònica remota per al seu processament. un reflectòmetre de domini de freqüència òptica. Els sensors de fibra òptica són immunes a les interferències electromagnètiques, es poden dissenyar per funcionar a altes temperatures i no són conductors, de manera que es poden utilitzar a prop de materials inflamables o d'alta pressió.
També es pot utilitzar una altra detecció de fibra òptica basada en la tecnologia de reixeta de fibra de Bragg (FBG) per a la mesura de la posició. El FBG actua com un filtre d'osca, reflectint una petita fracció de la llum centrada en la longitud d'ona de Bragg (λB) quan s'il·lumina per llum d'ampli espectre. Es fabrica amb microestructures gravades al nucli de la fibra, com ara diferents paràmetres de pressió, temperatura, ús per mesurar FBG i diferents paràmetres. ment, acceleració i càrrega.
Hi ha dos tipus de sensors de posició òptica, també coneguts com a codificadors òptics. En un cas, la llum s'envia a un receptor a l'altre extrem del sensor. En el segon tipus, el senyal de llum emès es reflecteix per l'objecte monitoritzat i torna a la font de llum. Depenent del disseny del sensor, els canvis en les propietats de la llum, com ara la longitud d'ona, la intensitat, la fase o la polarització, s'utilitzen per determinar la posició lineal de l'objecte i s'utilitzen sensors rotatius. ry motion.Aquests sensors es divideixen en tres categories principals;codificadors òptics transmissius, codificadors òptics reflectants i codificadors òptics interferomètrics.
Els sensors de posició ultrasònics utilitzen transductors de cristall piezoelèctrics per emetre ones ultrasòniques d'alta freqüència. El sensor mesura el so reflectit. Els sensors ultrasònics es poden utilitzar com a sensors de proximitat simples, o dissenys més complexos poden proporcionar informació variada. Els sensors de posició ultrasònics funcionen amb objectes objectiu d'una varietat de materials i característiques superficials, i poden detectar objectes petits que altres tipus de sensors de distància a infrarojos, són resistents a molts sorolls ambientals a majors vibracions. Radiació i interferències electromagnètiques. Exemples d'aplicacions que utilitzen sensors de posició ultrasònics inclouen detecció de nivell de líquid, recompte d'objectes d'alta velocitat, sistemes de navegació robòtica i detecció d'automòbils. Un sensor d'ultrasons d'automòbil típic consisteix en una carcassa de plàstic, un transductor piezoelèctric amb una membrana addicional i una placa de circuit imprès amb circuits electrònics i microcontroladors per transmetre i processar senyals5.
Els sensors de posició poden mesurar el moviment lineal, rotacional i angular absolut o relatiu d'objectes. Els sensors de posició poden mesurar el moviment de dispositius com actuadors o motors. També s'utilitzen en plataformes mòbils com robots i cotxes. S'utilitzen una varietat de tecnologies en sensors de posició amb diverses combinacions de durabilitat ambiental, cost, precisió, repetibilitat i altres atributs.
Sensors de posició magnètics 3D, Allegro MicrosystemsAnalyzing and Enhancing the Security of Ultrasonic Sensors for Autonomous Vehicles, IEEE Internet of Things Journal Com seleccionar un sensor de posició, Circuits integrats de CambridgeTipus de sensors de posició, Ixthus InstrumentationQuè és un sensor de posició inductiu?, Keyence Què és Magnetostrictive Position Sensing, AMETEK?
Exploreu els últims números de Design World i els números anteriors en un format fàcil d'utilitzar i d'alta qualitat. Editeu, compartiu i descarregueu avui mateix amb la revista líder d'enginyeria de disseny.
El fòrum d'EE per a la resolució de problemes més important del món que inclou microcontroladors, DSP, xarxes, disseny analògic i digital, RF, electrònica de potència, encaminament de PCB i molt més
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.tots els drets reservats. El material d'aquest lloc no es pot reproduir, distribuir, transmetre, emmagatzemar a la memòria cau o utilitzar d'una altra manera sense el permís previ per escrit de WTWH Media Política de privadesa | Publicitat |Sobre nosaltres