Από ρομποτικές αλυσίδες μετάδοσης κίνησης έως μεταφορικούς ιμάντες σε λειτουργίες αλυσίδας εφοδιασμού έως την ταλάντευση των πύργων ανεμογεννητριών, η ανίχνευση θέσης είναι μια κρίσιμη λειτουργία σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Μπορεί να λάβει πολλές μορφές, όπως γραμμικές, περιστροφικές, γωνιακές, απόλυτες, αυξητικές, επαφής και μη επαφής. Έχουν αναπτυχθεί ειδικές τεχνολογίες εντοπισμού θέσης, ειδικές τεχνολογίες προσδιορισμού θέσης. δινορευματικό, χωρητικό, μαγνητοσυσταλτικό, εφέ Hall, οπτικές ίνες, οπτικές και υπερήχους.
Αυτό το FAQ παρέχει μια σύντομη εισαγωγή στις διάφορες μορφές ανίχνευσης θέσης και, στη συνέχεια, εξετάζει μια σειρά τεχνολογιών από τις οποίες μπορούν να επιλέξουν οι σχεδιαστές κατά την εφαρμογή μιας λύσης ανίχνευσης θέσης.
Οι ποτενσιομετρικοί αισθητήρες θέσης είναι συσκευές που βασίζονται στην αντίσταση που συνδυάζουν μια σταθερή αντίσταση με έναν υαλοκαθαριστήρα συνδεδεμένο στο αντικείμενο του οποίου η θέση πρέπει να ανιχνευθεί. Η κίνηση του αντικειμένου μετακινεί τον υαλοκαθαριστήρα κατά μήκος της τροχιάς. Η θέση του αντικειμένου μετράται χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο διαιρέτη τάσης που σχηματίζεται από ράγες και υαλοκαθαριστήρες για τη μέτρηση της γραμμικής ή περιστροφικής κίνησης με χαμηλή τάση. έχουν χαμηλή ακρίβεια και επαναληψιμότητα.
Οι επαγωγικοί αισθητήρες θέσης χρησιμοποιούν αλλαγές στις ιδιότητες του μαγνητικού πεδίου που προκαλείται στο πηνίο του αισθητήρα. Ανάλογα με την αρχιτεκτονική τους, μπορούν να μετρήσουν γραμμικές ή περιστροφικές θέσεις. Οι αισθητήρες θέσης γραμμικού μεταβλητού διαφορικού μετασχηματιστή (LVDT) χρησιμοποιούν τρία πηνία τυλιγμένα γύρω από έναν κοίλο σωλήνα.ένα πρωτεύον πηνίο και δύο δευτερεύοντα πηνία. Τα πηνία συνδέονται σε σειρά και η σχέση φάσης του δευτερεύοντος πηνίου είναι 180° εκτός φάσης σε σχέση με το πρωτεύον πηνίο. Ένας σιδηρομαγνητικός πυρήνας που ονομάζεται οπλισμός τοποθετείται μέσα στον σωλήνα και συνδέεται με το αντικείμενο στη θέση που μετράται. Εφαρμόζεται τάση διέγερσης στο πρωτεύον πηνίο με δευτερεύουσα δύναμη. μπορεί να προσδιοριστεί η διαφορά τάσης μεταξύ των δευτερευόντων πηνίων, η σχετική θέση του οπλισμού και του τι είναι συνδεδεμένος. Ένας διαφορικός μετασχηματιστής περιστρεφόμενης τάσης (RVDT) χρησιμοποιεί την ίδια τεχνική για την παρακολούθηση της περιστρεφόμενης θέσης. Οι αισθητήρες LVDT και RVDT προσφέρουν καλή ακρίβεια, γραμμικότητα, ανάλυση και υψηλή ευαισθησία. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε περιβάλλον χωρίς τριβή και χωρίς τριβή.
Οι αισθητήρες θέσης δινορευμάτων λειτουργούν με αγώγιμα αντικείμενα. Τα δινορευματικά ρεύματα είναι επαγόμενα ρεύματα που εμφανίζονται σε αγώγιμα υλικά παρουσία ενός μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου. Αυτά τα ρεύματα ρέουν σε έναν κλειστό βρόχο και δημιουργούν ένα δευτερεύον μαγνητικό πεδίο. Οι αισθητήρες δινορευμάτων αποτελούνται από πηνία και κυκλώματα γραμμικοποίησης. Το εναλλασσόμενο ρεύμα ενεργοποιεί το πηνίο για να δημιουργήσει την κύρια θέση του από το μαγνητικό πεδίο. δράση του δευτερεύοντος πεδίου που παράγεται από δινορευματικά ρεύματα, το οποίο επηρεάζει την αντίσταση του πηνίου. Καθώς το αντικείμενο πλησιάζει στο πηνίο, οι απώλειες του δινορευματικού ρεύματος αυξάνονται και η τάση ταλάντωσης γίνεται μικρότερη (Εικόνα 2). Η ταλαντευόμενη τάση διορθώνεται και επεξεργάζεται από ένα κύκλωμα γραμμικοποιητή για να παραχθεί ένα γραμμικό κύκλωμα αναλογικής απόστασης DC.
Οι συσκευές δινορεύματος είναι στιβαρές συσκευές χωρίς επαφή που χρησιμοποιούνται συνήθως ως αισθητήρες εγγύτητας. Είναι πανκατευθυντικές και μπορούν να καθορίσουν τη σχετική απόσταση από το αντικείμενο, αλλά όχι την κατεύθυνση ή την απόλυτη απόσταση από το αντικείμενο.
Όπως υποδηλώνει το όνομα, οι χωρητικοί αισθητήρες θέσης μετρούν τις αλλαγές στην χωρητικότητα για να καθορίσουν τη θέση του αντικειμένου που ανιχνεύεται. Αυτοί οι αισθητήρες χωρίς επαφή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση γραμμικής ή περιστροφικής θέσης. Αποτελούνται από δύο πλάκες που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό υλικό και χρησιμοποιούν μία από τις δύο μεθόδους για την ανίχνευση της θέσης ενός αντικειμένου:
Για να προκληθεί αλλαγή στη διηλεκτρική σταθερά, το αντικείμενο του οποίου η θέση πρόκειται να ανιχνευθεί συνδέεται με το διηλεκτρικό υλικό. Καθώς το διηλεκτρικό υλικό κινείται, η ενεργός διηλεκτρική σταθερά του πυκνωτή αλλάζει λόγω του συνδυασμού της περιοχής του διηλεκτρικού υλικού και της διηλεκτρικής σταθεράς του αέρα. , και η αλλαγή στην χωρητικότητα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της σχετικής θέσης.
Οι χωρητικοί αισθητήρες μπορούν να μετρήσουν μετατόπιση, απόσταση, θέση και πάχος αντικειμένων. Λόγω της υψηλής σταθερότητας και ανάλυσης σήματος, οι αισθητήρες χωρητικότητας χρησιμοποιούνται σε εργαστηριακά και βιομηχανικά περιβάλλοντα.
Η μαγνητοσυστολή είναι μια ιδιότητα των σιδηρομαγνητικών υλικών που προκαλεί το υλικό να αλλάξει το μέγεθος ή το σχήμα του όταν εφαρμόζεται μαγνητικό πεδίο. Σε έναν μαγνητοσυστολικό αισθητήρα θέσης, ένας κινητός μαγνήτης θέσης συνδέεται με το αντικείμενο που μετράται. Αποτελείται από έναν κυματοδηγό που αποτελείται από καλώδια που μεταφέρουν παλμούς ρεύματος, συνδεδεμένο με έναν αισθητήρα που βρίσκεται στο τέλος του κυματοδηγού. στο σύρμα που αλληλεπιδρά με το αξονικό μαγνητικό πεδίο του μόνιμου μαγνήτη (ο μαγνήτης στο έμβολο του κυλίνδρου, Εικόνα 3α). Η αλληλεπίδραση πεδίου προκαλείται από συστροφή (φαινόμενο Wiedemann), που τεντώνει το σύρμα, παράγοντας έναν ακουστικό παλμό που διαδίδεται κατά μήκος του κυματοδηγού και ανιχνεύεται από το άκρο του κυματοδηγού. Ο χρόνος μεταξύ της έναρξης του τρέχοντος παλμού και της ανίχνευσης του ακουστικού παλμού, μπορεί να μετρηθεί η σχετική θέση του μαγνήτη θέσης και επομένως το αντικείμενο (Εικ.3γ).
Οι αισθητήρες μαγνητοσυστολής θέσης είναι αισθητήρες χωρίς επαφή που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση γραμμικής θέσης. Οι κυματοδηγοί συχνά στεγάζονται σε σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα ή αλουμίνιο, επιτρέποντας σε αυτούς τους αισθητήρες να χρησιμοποιούνται σε βρώμικα ή υγρά περιβάλλοντα.
Όταν ένας λεπτός, επίπεδος αγωγός τοποθετείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, κάθε ρεύμα που ρέει τείνει να συσσωρευτεί στη μία πλευρά του αγωγού, δημιουργώντας μια διαφορά δυναμικού που ονομάζεται τάση Hall. Εάν το ρεύμα στον αγωγό είναι σταθερό, το μέγεθος της τάσης Hall θα αντανακλά την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. αλλαγές σε σχέση με το στοιχείο Hall, με αποτέλεσμα την αλλαγή της τάσης Hall. Μετρώντας την τάση Hall, μπορεί να προσδιοριστεί η θέση ενός αντικειμένου. Υπάρχουν εξειδικευμένοι αισθητήρες θέσης Hall που μπορούν να προσδιορίσουν τη θέση σε τρεις διαστάσεις (Εικόνα 4). .
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι αισθητήρων οπτικών ινών. Στους ενδογενείς αισθητήρες οπτικών ινών, η ίνα χρησιμοποιείται ως αισθητήριο στοιχείο. Στους εξωτερικούς αισθητήρες οπτικών ινών, οι οπτικές ίνες συνδυάζονται με μια άλλη τεχνολογία αισθητήρων για τη μετάδοση του σήματος σε απομακρυσμένα ηλεκτρονικά για επεξεργασία. Στην περίπτωση των εγγενών μετρήσεων θέσης οπτικών ινών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια συσκευή για τον υπολογισμό της θέσης του οπτικού μέτρου. χρησιμοποιώντας ένα όργανο που εφαρμόζει ανακλασόμετρο πεδίου οπτικής συχνότητας. Οι αισθητήρες οπτικών ινών είναι άτρωτοι σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, μπορούν να σχεδιαστούν για να λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες και είναι μη αγώγιμοι, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν κοντά σε υψηλή πίεση ή εύφλεκτα υλικά.
Μια άλλη ανίχνευση οπτικών ινών που βασίζεται στην τεχνολογία πλέγματος ινών Bragg (FBG) μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση θέσης. Το FBG λειτουργεί ως φίλτρο εγκοπής, που αντανακλά ένα μικρό κλάσμα του φωτός στο κέντρο του μήκους κύματος Bragg (λB) όταν φωτίζεται από φως ευρέως φάσματος. Κατασκευάζεται με μικροδομές χαραγμένες στις ίνες , κλίση, μετατόπιση, επιτάχυνση και φορτίο.
Υπάρχουν δύο τύποι αισθητήρων οπτικής θέσης, γνωστοί και ως οπτικοί κωδικοποιητές. Στη μία περίπτωση, το φως αποστέλλεται σε έναν δέκτη στο άλλο άκρο του αισθητήρα. Στον δεύτερο τύπο, το εκπεμπόμενο σήμα φωτός αντανακλάται από το παρακολουθούμενο αντικείμενο και επιστρέφει στην πηγή φωτός. Ανάλογα με το σχεδιασμό του αισθητήρα, οι αλλαγές στις ιδιότητες φωτός, όπως μήκος κύματος, ένταση, η θέση του αισθητήρα προσδιορίζεται ως η θέση του αισθητήρα, η θέση του πόδιου. Τα s είναι διαθέσιμα για γραμμική και περιστροφική κίνηση. Αυτοί οι αισθητήρες εμπίπτουν σε τρεις κύριες κατηγορίες.μεταδοτικοί οπτικοί κωδικοποιητές, ανακλαστικοί οπτικοί κωδικοποιητές και συμβολομετρικοί οπτικοί κωδικοποιητές.
Οι αισθητήρες θέσης υπερήχων χρησιμοποιούν πιεζοηλεκτρικούς κρυσταλλικούς μετατροπείς για να εκπέμπουν υπερηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας. Ο αισθητήρας μετράει τον ανακλώμενο ήχο. Οι αισθητήρες υπερήχων μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως απλοί αισθητήρες εγγύτητας ή πιο σύνθετα σχέδια μπορούν να παρέχουν πληροφορίες. ακτινοβολία, θόρυβος περιβάλλοντος, υπέρυθρη ακτινοβολία και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Παραδείγματα εφαρμογών που χρησιμοποιούν αισθητήρες θέσης υπερήχων περιλαμβάνουν ανίχνευση στάθμης υγρού, μέτρηση αντικειμένων υψηλής ταχύτητας, ρομποτικά συστήματα πλοήγησης και ανίχνευση αυτοκινήτου. Ένας τυπικός αισθητήρας υπερήχων αυτοκινήτων αποτελείται από πλαστικό περίβλημα, πιεζοηλεκτρικό κύκλωμα ελέγχου, πίνακα λήψεων για κύκλωμα λήψης και επιπρόσθετο κύκλωμα μεμβράνης επεξεργασία σημάτων (Εικόνα 5).
Οι αισθητήρες θέσης μπορούν να μετρήσουν απόλυτη ή σχετική γραμμική, περιστροφική και γωνιακή κίνηση αντικειμένων. Οι αισθητήρες θέσης μπορούν να μετρήσουν την κίνηση συσκευών όπως ενεργοποιητές ή κινητήρες. Χρησιμοποιούνται επίσης σε κινητές πλατφόρμες όπως ρομπότ και αυτοκίνητα. Χρησιμοποιούνται ποικίλες τεχνολογίες σε αισθητήρες θέσης με διάφορους συνδυασμούς περιβαλλοντικής αντοχής, κόστους, ακρίβειας, επαναληψιμότητας και άλλων χαρακτηριστικών.
3D Magnetic Position Sensors, Allegro MicrosystemsAnalysing and Enhancing the Security of Ultrasonic Sensors for Autonomous Vehicles, IEEE Internet of Things Journal Πώς να επιλέξετε έναν αισθητήρα θέσης, Cambridge Integrated Circuits Τύποι αισθητήρων θέσης, Ixthus InstrumentationΤι είναι ένας επαγωγικός αισθητήρας θέσης ET, Magnetic AM;
Περιηγηθείτε στα πιο πρόσφατα τεύχη του Design World και τεύχη πίσω σε μια εύχρηστη, υψηλής ποιότητας μορφή. Επεξεργαστείτε, μοιραστείτε και πραγματοποιήστε λήψη σήμερα με το κορυφαίο περιοδικό σχεδιασμού μηχανικών.
Το κορυφαίο φόρουμ EE στον κόσμο για την επίλυση προβλημάτων που καλύπτει μικροελεγκτές, DSP, δικτύωση, αναλογικό και ψηφιακό σχεδιασμό, RF, ηλεκτρονικά ισχύος, δρομολόγηση PCB και άλλα
Πνευματικά δικαιώματα © 2022 WTWH Media LLC.με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος. Το υλικό σε αυτόν τον ιστότοπο δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί, να διανεμηθεί, να μεταδοθεί, να αποθηκευτεί στην κρυφή μνήμη ή να χρησιμοποιηθεί με άλλο τρόπο χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια της Πολιτικής Απορρήτου της WTWH Media | Διαφήμιση |Σχετικά με εμάς