Fra robotdrivkæder til transportbånd i forsyningskædeoperationer til vindmølletårnenes svaj er positionsføling en kritisk funktion i en lang række applikationer. Den kan antage mange former, herunder lineære, roterende, vinkel-, absolutte, inkrementelle, kontakt- og berøringsfrie sensorer. Der er udviklet specialiserede sensorer i tredimensionelle sanseteknologier, der kan bestemme positioner i tredimensionelle sanser, der kan bestemme positioner, potentometriske kanaler. dy-strøm, kapacitiv, magnetostriktiv, Hall-effekt, fiberoptisk, optisk og ultralyd.
Denne FAQ giver en kort introduktion til de forskellige former for positionsregistrering og gennemgår derefter en række teknologier, som designere kan vælge imellem, når de implementerer en positionsregistreringsløsning.
Potentiometriske positionssensorer er modstandsbaserede enheder, der kombinerer et fast modstandsspor med en visker, der er fastgjort til objektet, hvis position skal registreres. Objektets bevægelse flytter viskeren langs sporet. Objektets position måles ved at bruge et spændingsdelernetværk dannet af skinner og viskere til at måle lineær eller rotationsbevægelse med en fast jævnstrømsspænding, men har generelt lav omkostningsnøjagtighed og gentagelsesevne1. .
Induktive positionssensorer udnytter ændringer i egenskaberne af det magnetiske felt induceret i sensorspolen. Afhængigt af deres arkitektur kan de måle lineære eller roterende positioner.Linear Variable Differential Transformer (LVDT) positionssensorer bruger tre spoler viklet rundt om et hult rør;en primærspole og to sekundære spoler.Spolerne er forbundet i serie, og sekundærspolens faseforhold er 180° ude af fase i forhold til primærspolen.En ferromagnetisk kerne kaldet armaturet placeres inde i røret og forbindes med objektet på det sted, der måles.Der påføres en excitationsspænding til primærspolen, og en elektromagnetisk spænding coduceres i den sekundære spænding i den sekundære kraft (EMF). ary-spoler, ankerets relative position og hvad det er fastgjort til kan bestemmes.En roterende spændingsdifferentialtransformator (RVDT) bruger samme teknik til at spore roterende position.LVDT- og RVDT-sensorer tilbyder god nøjagtighed, linearitet, opløsning og høj følsomhed.De er friktionsfri og kan forsegles til brug i barske miljøer.
Hvirvelstrømspositionssensorer arbejder med ledende objekter. Hvirvelstrømme er inducerede strømme, der opstår i ledende materialer i nærvær af et skiftende magnetfelt. Disse strømme flyder i en lukket sløjfe og genererer et sekundært magnetfelt. Hvirvelstrømssensorer består af spoler og lineariseringskredsløb. Vekselstrømmen aktiverer spolen til at skabe det primære magnetiske tilgangsfelt ved hjælp af dens primære magnetiske tilgangsposition, eller flytte dens primære magnetiske tilgangsposition væk. det sekundære felt, der produceres af hvirvelstrømme, hvilket påvirker spolens impedans.Når objektet kommer tættere på spolen, øges hvirvelstrømtabene, og svingningsspændingen bliver mindre (figur 2).Svingningsspændingen ensrettes og behandles af et lineariseringskredsløb for at producere et lineært DC-output, der er proportionalt med objektets afstand.
Hvirvelstrømsenheder er robuste, berøringsfrie enheder, der typisk bruges som nærhedssensorer. De er omnidirektionelle og kan bestemme den relative afstand til objektet, men ikke retningen eller den absolutte afstand til objektet.
Som navnet antyder, måler kapacitive positionssensorer ændringer i kapacitansen for at bestemme positionen af ​​det objekt, der registreres. Disse berøringsløse sensorer kan bruges til at måle lineær eller rotationsposition. De består af to plader adskilt af et dielektrisk materiale og bruger en af ​​to metoder til at detektere positionen af ​​et objekt:
For at forårsage en ændring i dielektricitetskonstanten, fastgøres objektet, hvis position skal detekteres, til det dielektriske materiale. Når det dielektriske materiale bevæger sig, ændres kondensatorens effektive dielektriske konstant på grund af kombinationen af ​​arealet af det dielektriske materiale og luftens dielektriske konstant. Alternativt kan objektet forbindes med en af ​​kondensatorerne og lukker kondensatorpladerne eller flytter hætten langt ind. ance bruges til at bestemme den relative position.
Kapacitive sensorer kan måle objekters forskydning, afstand, position og tykkelse. På grund af deres høje signalstabilitet og opløsning bruges kapacitive forskydningssensorer i laboratorie- og industrimiljøer. For eksempel bruges kapacitive sensorer til at måle filmtykkelse og klæbeanvendelser i automatiserede processer. I industrielle maskiner bruges de til at overvåge forskydning og værktøjsposition.
Magnetostriktion er en egenskab ved ferromagnetiske materialer, der får materialet til at ændre dets størrelse eller form, når et magnetfelt påføres. I en magnetostriktiv positionssensor er en bevægelig positionsmagnet fastgjort til objektet, der måles. Den består af en bølgeleder bestående af ledninger, der bærer strømimpulser, forbundet til en sensor placeret for enden af ​​bølgelederen (Figur 3 er en magnetisk pulsleder, der sendes ned i bølgelederen). ledning, der interagerer med permanentmagnetens aksiale magnetfelt (magneten i cylinderstemplet, figur 3a). Feltinteraktionen er forårsaget af vridning (Wiedemann-effekten), som belaster ledningen, hvilket frembringer en akustisk puls, der forplanter sig langs bølgelederen og detekteres af en sensor for enden af ​​bølgelederen af ​​bølgelederen, der initierer strømmen (Fig. e og detekteringen af ​​den akustiske puls, den relative position af positionsmagneten og derfor objektet kan måles (fig.3c).
Magnetostriktive positionssensorer er berøringsfrie sensorer, der bruges til at detektere lineær position. Bølgeledere er ofte anbragt i rør af rustfrit stål eller aluminium, hvilket gør det muligt at bruge disse sensorer i snavsede eller våde omgivelser.
Når en tynd, flad leder placeres i et magnetfelt, har enhver strøm, der løber en tendens til at opbygge sig på den ene side af lederen, hvilket skaber en potentialforskel kaldet Hall-spændingen. Hvis strømmen i lederen er konstant, vil størrelsen af ​​Hall-spændingen afspejle styrken af ​​det magnetiske felt. I en Hall-effekt positionssensor er objektet forbundet med en magnet, der er indeholdt i en magnet, der er indeholdt i en sensorakslens position i forhold til et objekts position i Hall. ændring af Hall-spænding.Ved at måle Hall-spændingen kan positionen af ​​et objekt bestemmes.Der er specialiserede Hall-effekt positionssensorer, der kan bestemme position i tre dimensioner (Figur 4). Hall-effekt positionssensorer er berøringsfri enheder, der giver høj pålidelighed og hurtig sensing, og fungerer over et bredt temperaturområde. De bruges i en række forbruger-, medicinske og automotive applikationer.
Der er to grundlæggende typer af fiberoptiske sensorer. I intrinsiske fiberoptiske sensorer bruges fiberen som sensorelementet. I eksterne fiberoptiske sensorer kombineres fiberoptik med en anden sensorteknologi for at videresende signalet til fjernelektronik til behandling. I tilfælde af intrinsiske fiberpositionsmålinger kan en enhed såsom et optisk tidsdomænereflektometer bruges til at bestemme det wave-optiske tidsforskydningsinstrument ved hjælp af et waveth-optisk instrument, der kan implementere det wave-optiske forsinkelsesinstrument. quency domain reflectometer.Fiberoptiske sensorer er immune over for elektromagnetisk interferens, kan designes til at fungere ved høje temperaturer og er ikke-ledende, så de kan bruges i nærheden af ​​højtryks- eller brændbare materialer.
En anden fiberoptisk sensing baseret på fiber Bragg grating (FBG) teknologi kan også bruges til positionsmåling. FBG'en fungerer som et notch-filter, der reflekterer en lille brøkdel af lyset centreret på Bragg-bølgelængden (λB), når det belyses af bredspektret lys. Det er fremstillet med mikrostrukturer ætset ind i fiberkernen, som f.eks. kan forskyde temperaturparametre, f.eks. ment, acceleration og belastning.
Der er to typer af optiske positionssensorer, også kendt som optiske indkodere. I det ene tilfælde sendes lys til en modtager i den anden ende af sensoren. I den anden type reflekteres det udsendte lyssignal af det overvågede objekt og returneres til lyskilden. Afhængigt af sensordesignet, er ændringer i lysegenskaber, såsom bølgelængde, intensitet,,, fase- eller polariseringsposition til rådighed for en fase- eller polariseringsposition af sensoren. og roterende bevægelse. Disse sensorer falder i tre hovedkategorier;transmissive optiske indkodere, reflekterende optiske indkodere og interferometriske optiske indkodere.
Ultralydspositionssensorer bruger piezoelektriske krystaltransducere til at udsende højfrekvente ultralydsbølger. Sensoren måler den reflekterede lyd. Ultralydssensorer kan bruges som simple nærhedssensorer, eller mere komplekse designs kan give varierende information. Ultralydspositionssensorer arbejder med målobjekter af en række forskellige materialer og overfladeegenskaber, og de kan detektere andre vibrationsmodstandsegenskaber, og de kan detektere andre typer vibrationsmodstandsobjekter i forhold til mange andre vibrationsmodstande. , omgivende støj, infrarød stråling og elektromagnetisk interferens.Eksempler på applikationer, der anvender ultralydspositionssensorer, omfatter væskeniveaudetektion, højhastighedsoptælling af objekter, robotnavigationssystemer og automotive sensing. En typisk automotive ultralydssensor består af et plasthus, en piezoelektrisk transducer med et ekstra printkort og transmitterende kredsløbskort til mikrokontroller og transmitter til mikrokontroller. ing-signaler (figur 5).
Positionssensorer kan måle absolut eller relativ lineær, rotations- og vinkelbevægelse af objekter. Positionssensorer kan måle bevægelsen af ​​enheder såsom aktuatorer eller motorer. De bruges også i mobile platforme såsom robotter og biler. En række forskellige teknologier bruges i positionssensorer med forskellige kombinationer af miljømæssig holdbarhed, omkostninger, nøjagtighed, repeterbarhed og andre egenskaber.
3D Magnetic Position Sensors, Allegro MicrosystemsAnalysing and Enhancing the Security of Ultrasonic Sensors for Autonomous Vehicles, IEEE Internet of Things Journal Hvordan vælger man en positionssensor, Cambridge Integrated Circuits Positionssensortyper, Ixthus InstrumentationHvad er en induktiv positionssensor?, Nøgleværdi Hvad er Sennetostrictive Position?
Gennemse de seneste numre af Design World og tidligere udgaver i et brugervenligt højkvalitetsformat. Rediger, del og download i dag med det førende designingeniørmagasin.
Verdens bedste problemløsende EE-forum, der dækker mikrocontrollere, DSP, netværk, analogt og digitalt design, RF, strømelektronik, PCB-routing og mere
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.alle rettigheder forbeholdes. Materialet på denne side må ikke gengives, distribueres, transmitteres, cachelagres eller på anden måde bruges uden forudgående skriftlig tilladelse fra WTWH MediaPrivacy Policy |Reklame |Om os