Od robotických hnacích řetězů přes dopravníkové pásy v operacích dodavatelského řetězce až po houpání věží větrných turbín je snímání polohy kritickou funkcí v širokém spektru aplikací. Může mít mnoho podob, včetně lineárních, rotačních, úhlových, absolutních, inkrementálních, kontaktních a bezkontaktních snímačů. Byly vyvinuty speciální snímače s efektem, které dokážou určit polohu ve třech rozměrech, magnetoelektrické, capaciometrické technologie snímání proudu. , optická vlákna, optická a ultrazvuková.
Tyto často kladené otázky poskytují stručný úvod do různých forem snímání polohy a poté shrnuje řadu technologií, ze kterých si mohou návrháři vybrat při implementaci řešení snímání polohy.
Potenciometrické snímače polohy jsou odporová zařízení, která kombinují pevnou odporovou dráhu se stěračem připojeným k objektu, jehož polohu je třeba snímat. Pohyb objektu pohybuje stěračem po dráze. Poloha objektu je měřena pomocí sítě děliče napětí tvořené kolejnicemi a stěrači pro měření lineárního nebo rotačního pohybu s pevným stejnosměrným napětím (obrázek 1). Potenciometrické senzory mají obecně nízkou cenu, ale opakovatelnost je nízká.
Indukční snímače polohy využívají změny vlastností magnetického pole indukovaného v cívce snímače. V závislosti na jejich architektuře mohou měřit lineární nebo rotační polohy. Snímače polohy s lineárním variabilním diferenciálním transformátorem (LVDT) používají tři cívky omotané kolem duté trubky;primární cívka a dvě sekundární cívky. Cívky jsou zapojeny do série a fázový vztah sekundární cívky je o 180° mimo fázi vzhledem k primární cívce. Feromagnetické jádro zvané kotva je umístěno uvnitř trubice a připojeno k objektu v místě měření. Na primární cívku je přivedeno budicí napětí a mezi sekundární cívkou je indukován elektromagnetický rozdíl napětí (EMF) v poloze sekundární cívky B. Otočný diferenciální transformátor napětí (RVDT) používá stejnou techniku ​​ke sledování polohy otáčení. Snímače LVDT a RVDT nabízejí dobrou přesnost, linearitu, rozlišení a vysokou citlivost. Nemají tření a lze je utěsnit pro použití v náročných prostředích.
Snímače polohy vířivých proudů pracují s vodivými předměty.Vířivé proudy jsou indukované proudy, které se vyskytují ve vodivých materiálech v přítomnosti měnícího se magnetického pole. Tyto proudy tečou v uzavřené smyčce a generují sekundární magnetické pole.Snímače vířivých proudů se skládají z cívek a linearizačních obvodů. Střídavý proud nabudí cívku, aby vytvořila primární magnetické pole, když se objekt může přiblížit nebo oddálit jeho polohu vytvořené působením primárního magnetického pole. , což ovlivňuje impedanci cívky. Jak se objekt přibližuje k cívce, ztráty vířivými proudy se zvyšují a oscilační napětí se zmenšuje (obrázek 2). Oscilační napětí je usměrněno a zpracováno obvodem linearizátoru, aby se vytvořil lineární stejnosměrný výstup úměrný vzdálenosti objektu.
Zařízení s vířivými proudy jsou odolná, bezkontaktní zařízení obvykle používaná jako senzory přiblížení. Jsou všesměrová a mohou určit relativní vzdálenost k objektu, ale ne směr nebo absolutní vzdálenost k objektu.
Jak již název napovídá, kapacitní snímače polohy měří změny kapacity pro určení polohy snímaného předmětu. Tyto bezkontaktní snímače lze použít k měření lineární nebo rotační polohy. Skládají se ze dvou desek oddělených dielektrickým materiálem a používají jednu ze dvou metod k detekci polohy předmětu:
Aby se způsobila změna dielektrické konstanty, objekt, jehož poloha má být detekována, se připevní k dielektrickému materiálu. Jak se dielektrický materiál pohybuje, efektivní dielektrická konstanta kondenzátoru se mění v důsledku kombinace plochy dielektrického materiálu a dielektrické konstanty vzduchu. Alternativně lze objekt připojit k jedné z desek kondenzátoru. Jak se relativní pozice objektu přibližuje a čím dál tím se mění, tím se deska přibližuje.
Kapacitní senzory mohou měřit posunutí, vzdálenost, polohu a tloušťku objektů.Vzhledem k jejich vysoké stabilitě signálu a rozlišení se kapacitní senzory používají v laboratorním a průmyslovém prostředí.Kapacitní senzory se například používají k měření tloušťky filmu a aplikací lepidel v automatizovaných procesech.V průmyslových strojích se používají ke sledování posunutí a polohy nástroje.
Magnetostrikce je vlastnost feromagnetických materiálů, která způsobuje, že materiál při působení magnetického pole mění svou velikost nebo tvar. U magnetostrikčního polohového snímače je k měřenému předmětu připevněn pohyblivý polohový magnet. Skládá se z vlnovodu skládajícího se z drátů, které přenášejí proudové impulsy, připojeného k senzoru umístěnému na konci vlnovodu (obrázek 3). Když proudový impuls působí na magnetické pole, je v magnetickém poli vysláno magnetické pole. (magnet ve válcovém pístu, obrázek 3a). Interakce pole je způsobena kroucením (Wiedemannův jev), který napíná drát a vytváří akustický impuls, který se šíří podél vlnovodu a je detekován senzorem na konci vlnovodu (obr. 3b). Měřením času, který uplynul mezi iniciací aktuálního impulsu a detekcí akustického impulsu, lze tedy změřit polohu akustického impulsu a relativní polohu magnetu.3c).
Magnetostrikční snímače polohy jsou bezkontaktní snímače používané k detekci lineární polohy. Vlnovody jsou často umístěny v nerezových nebo hliníkových trubkách, což umožňuje použití těchto snímačů ve špinavém nebo mokrém prostředí.
Když je tenký plochý vodič umístěn do magnetického pole, jakýkoli protékající proud má tendenci se hromadit na jedné straně vodiče, čímž vzniká rozdíl potenciálů nazývaný Hallovo napětí. Pokud je proud ve vodiči konstantní, velikost Hallova napětí bude odrážet sílu magnetického pole. U snímače polohy s Hallovým efektem je objekt připojen k magnetu umístěnému v hřídeli snímače. Jak se objekt pohybuje, mění se relativní poloha Hallova prvku vůči Hallově poloze. objektu lze určit. Existují specializované snímače polohy s Hallovým efektem, které dokážou určit polohu ve třech rozměrech (obrázek 4). Snímače polohy s Hallovým efektem jsou bezkontaktní zařízení, která poskytují vysokou spolehlivost a rychlé snímání a fungují v širokém teplotním rozsahu. Používají se v řadě spotřebitelských, průmyslových, automobilových a lékařských aplikací.
Existují dva základní typy optických senzorů.U vnitřních optických senzorů se vlákno používá jako snímací prvek.V externích optických senzorech je vláknová optika kombinována s další senzorovou technologií pro přenos signálu do vzdálené elektroniky pro zpracování.V případě vnitřních měření polohy vlákna lze použít zařízení jako je optický reflektometr v časové doméně, který může být použit k určení časového posunu reflektometru, který může být použit k určení časového posunu pomocí optického senzoru, který může být vypočítán pomocí optického senzoru. odolné vůči elektromagnetickému rušení, mohou být navrženy pro provoz při vysokých teplotách a jsou nevodivé, takže je lze použít v blízkosti vysokotlakých nebo hořlavých materiálů.
Pro měření polohy lze také použít jiné optické snímání založené na technologii vláknové Braggovy mřížky (FBG). FBG funguje jako vrubový filtr, který odráží malou část světla se středem na Braggově vlnové délce (λB), když je osvětlen širokospektrálním světlem. Je vyroben s mikrostrukturami vyleptanými do jádra vlákna. FBG lze použít k měření různých parametrů teploty, tlaku, náklonu a deformace.
Existují dva typy senzorů optické polohy, známé také jako optické kontriky. Ary Motion. Tyto senzory spadají do tří hlavních kategorií;transmisivní optické kodéry, reflexní optické kodéry a interferometrické optické kodéry.
Ultrazvukové snímače polohy využívají piezoelektrické krystalové měniče k vyzařování vysokofrekvenčních ultrazvukových vln. Snímač měří odražený zvuk. Ultrazvukové snímače lze použít jako jednoduché snímače přiblížení nebo složitější konstrukce mohou poskytovat informace o rozsahu. Ultrazvukové snímače polohy pracují s cílovými objekty z různých materiálů a povrchových vlastností a dokážou detekovat malé objekty na větší vzdálenosti než mnoho jiných typů infračerveného záření a elektromagnetického rušení vůči okolnímu šumu. aplikace využívající ultrazvukové snímače polohy zahrnují detekci hladiny kapaliny, vysokorychlostní počítání objektů, robotické navigační systémy a automobilové snímání. Typický automobilový ultrazvukový snímač se skládá z plastového pouzdra, piezoelektrického měniče s přídavnou membránou a desky s plošnými spoji s elektronickými obvody a mikrokontroléry pro přenos, příjem a zpracování signálů (obrázek 5).
Snímače polohy mohou měřit absolutní nebo relativní lineární, rotační a úhlový pohyb objektů. Snímače polohy mohou měřit pohyb zařízení, jako jsou akční členy nebo motory. Používají se také v mobilních platformách, jako jsou roboti a automobily. V snímačích polohy se používá řada technologií s různými kombinacemi odolnosti vůči prostředí, nákladů, přesnosti, opakovatelnosti a dalších atributů.
3D magnetické polohové senzory, mikrosystémy AllegroAnalýza a zvýšení bezpečnosti ultrazvukových senzorů pro autonomní vozidla, IEEE Internet of Things Journal Jak vybrat polohový senzor, Cambridge Integrated Circuits Typy senzorů polohy, Ixthus InstrumentationCo je indukční senzor polohy?, Keyence Co je magnetostrikční snímání polohy?, AMETET
Procházejte nejnovější vydání Design World a zpětná vydání ve snadno použitelném a vysoce kvalitním formátu. Upravujte, sdílejte a stahujte ještě dnes s předním časopisem o designu.
Špičkové světové fórum EE pro řešení problémů zahrnující mikrokontroléry, DSP, sítě, analogový a digitální design, RF, výkonovou elektroniku, směrování PCB a další
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.všechna práva vyhrazena.Materiál na této stránce nesmí být reprodukován, distribuován, přenášen, ukládán do mezipaměti ani jinak používán bez předchozího písemného souhlasu WTWH MediaPrivacy Policy |Inzerce |O nás