از زنجیره‌های محرک رباتیک گرفته تا تسمه‌های نقاله در عملیات‌های زنجیره تامین تا نوسان برج‌های توربین بادی، سنجش موقعیت یک عملکرد حیاتی در طیف گسترده‌ای از کاربردها است. می‌تواند اشکال مختلفی از جمله خطی، چرخشی، زاویه‌ای، مطلق، افزایشی، تماسی و غیر تماسی داشته باشد. جریان گردابی، خازنی، مغناطیسی، اثر هال، فیبر نوری، نوری و اولتراسونیک.
این پرسش‌های متداول معرفی مختصری از اشکال مختلف سنجش موقعیت ارائه می‌کند، سپس طیف وسیعی از فناوری‌هایی را که طراحان می‌توانند هنگام اجرای راه‌حل سنجش موقعیت انتخاب کنند، مرور می‌کند.
حسگرهای موقعیت پتانسیومتری دستگاه‌های مبتنی بر مقاومت هستند که یک مسیر مقاومتی ثابت را با یک برف پاک‌کن متصل به جسمی که موقعیت آن باید حس شود ترکیب می‌کنند. حرکت جسم پاک‌کن را در امتداد مسیر حرکت می‌دهد. موقعیت جسم با استفاده از شبکه تقسیم‌کننده ولتاژ که توسط ریل‌ها و برف پاک‌کن‌ها برای اندازه‌گیری حرکت خطی یا چرخشی کم ولتاژ با سنسور ثابت است اندازه‌گیری می‌شود. دقت و تکرارپذیری پایینی دارند.
حسگرهای موقعیت القایی از تغییرات در خواص میدان مغناطیسی القا شده در سیم پیچ حسگر استفاده می کنند. بسته به معماری آنها، می توانند موقعیت های خطی یا چرخشی را اندازه گیری کنند. سنسورهای موقعیت ترانسفورماتور متغییر خطی (LVDT) از سه سیم پیچ پیچیده شده در اطراف یک لوله توخالی استفاده می کنند.یک سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه. سیم پیچ ها به صورت سری به هم متصل می شوند و رابطه فاز سیم پیچ ثانویه نسبت به سیم پیچ اولیه 180 درجه خارج از فاز است. یک هسته فرومغناطیسی به نام آرمیچر در داخل لوله قرار می گیرد و در محل اندازه گیری به جسم متصل می شود. یک ولتاژ تحریک به سیم پیچ ثانویه مغناطیسی اعمال می شود (EMB). تفاوت ولتاژ بین سیم‌پیچ‌های ثانویه، موقعیت نسبی آرمیچر و آنچه که به آن وصل شده است را می‌توان تعیین کرد. ترانسفورماتور دیفرانسیل ولتاژ دوار (RVDT) از تکنیک مشابهی برای ردیابی موقعیت چرخش استفاده می‌کند. حسگرهای LVDT و RVDT دقت، خطی بودن، وضوح و حساسیت بالا را ارائه می‌دهند. آنها می‌توانند در محیط بدون اصطکاک استفاده شوند.
حسگرهای موقعیت جریان گردابی با اجسام رسانا کار می‌کنند. جریان‌های گردابی جریان‌های القایی هستند که در مواد رسانا در حضور یک میدان مغناطیسی متغیر رخ می‌دهند. این جریان‌ها در یک حلقه بسته جریان می‌یابند و یک میدان مغناطیسی ثانویه ایجاد می‌کنند. سنسورهای جریان گردابی از سیم‌پیچ‌ها و مدارهای خطی‌سازی تشکیل می‌شوند. عمل میدان ثانویه تولید شده توسط جریان های گردابی، که امپدانس سیم پیچ را تحت تاثیر قرار می دهد. با نزدیک شدن جسم به سیم پیچ، تلفات جریان گردابی افزایش می یابد و ولتاژ نوسانی کوچکتر می شود (شکل 2).
دستگاه های جریان گردابی دستگاه های ناهموار و غیر تماسی هستند که معمولاً به عنوان حسگرهای مجاورت استفاده می شوند. آنها همه جهته هستند و می توانند فاصله نسبی تا جسم را تعیین کنند، اما جهت یا فاصله مطلق تا جسم را تعیین نمی کنند.
همانطور که از نام آن پیداست، حسگرهای موقعیت خازنی تغییرات در ظرفیت را اندازه گیری می کنند تا موقعیت جسم مورد سنجش را تعیین کنند. این حسگرهای غیر تماسی را می توان برای اندازه گیری موقعیت خطی یا چرخشی استفاده کرد. آنها از دو صفحه تشکیل شده اند که توسط یک ماده دی الکتریک از هم جدا شده اند و از یکی از دو روش برای تشخیص موقعیت یک جسم استفاده می کنند:
به منظور ایجاد تغییر در ثابت دی الکتریک، جسمی که قرار است موقعیت آن تشخیص داده شود به ماده دی الکتریک متصل می شود. با حرکت مواد دی الکتریک، ثابت دی الکتریک موثر خازن به دلیل ترکیب مساحت ماده دی الکتریک و ثابت دی الکتریک هوا تغییر می کند. در روش دیگر، صفحه می تواند صفحه را به دورتر حرکت دهد یا صفحه را به یک جسم نزدیک کند. ، و تغییر در ظرفیت برای تعیین موقعیت نسبی استفاده می شود.
سنسورهای خازنی می توانند جابجایی، فاصله، موقعیت و ضخامت اجسام را اندازه گیری کنند. به دلیل پایداری و وضوح سیگنال بالا، سنسورهای جابجایی خازنی در محیط های آزمایشگاهی و صنعتی استفاده می شوند. به عنوان مثال، سنسورهای خازنی برای اندازه گیری ضخامت فیلم و کاربردهای چسب در فرآیندهای خودکار استفاده می شوند. در ماشین های صنعتی، از آنها برای نظارت بر جابجایی و موقعیت ابزار استفاده می شود.
انقباض مغناطیسی خاصیتی از مواد فرومغناطیسی است که باعث می شود با اعمال میدان مغناطیسی، اندازه یا شکل مواد تغییر کند. در حسگر موقعیت مغناطیسی، یک آهنربای موقعیت متحرک به جسم مورد اندازه گیری متصل می شود. از یک موجبر تشکیل شده است که شامل سیم هایی است که پالس های جریان را حمل می کند و به حسگری متصل است که در انتهای موج موجر 3W قرار دارد، وصل می شود. در سیمی که با میدان مغناطیسی محوری آهنربای دائم برهمکنش دارد (آهنربای موجود در پیستون سیلندر، شکل 3a). برهمکنش میدان در اثر چرخش ایجاد می‌شود (اثر Wiedemann)، که سیم را تحت فشار قرار می‌دهد و یک پالس صوتی را تولید می‌کند که در امتداد موجبر منتشر می‌شود و توسط یک حسگر موجی در انتها تشخیص داده می‌شود. زمان بین شروع پالس جریان و تشخیص پالس آکوستیک، موقعیت نسبی آهنربای موقعیت و در نتیجه جسم را می توان اندازه گیری کرد (شکل 2).3ج).
حسگرهای موقعیت مغناطیسی سنسورهای غیر تماسی هستند که برای تشخیص موقعیت خطی استفاده می‌شوند. موجبرها اغلب در لوله‌های فولادی ضد زنگ یا آلومینیومی قرار می‌گیرند و این حسگرها را قادر می‌سازند در محیط‌های کثیف یا مرطوب استفاده شوند.
هنگامی که یک هادی نازک و مسطح در یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، هر جریانی که در یک طرف رسانا ایجاد می‌شود، اختلاف پتانسیلی به نام ولتاژ هال ایجاد می‌کند. اگر جریان در رسانا ثابت باشد، بزرگی ولتاژ هال قدرت میدان مغناطیسی را منعکس می‌کند. تغییرات نسبت به عنصر هال، منجر به تغییر ولتاژ هال می‌شود. با اندازه‌گیری ولتاژ هال، می‌توان موقعیت یک شی را تعیین کرد. سنسورهای تخصصی موقعیت جلوه هال وجود دارند که می‌توانند موقعیت را در سه بعدی تعیین کنند (شکل 4). .
دو نوع اصلی از سنسورهای فیبر نوری وجود دارد. در سنسورهای فیبر نوری ذاتی، فیبر به عنوان عنصر حسگر استفاده می‌شود. در سنسورهای فیبر نوری خارجی، فیبر نوری با فناوری حسگر دیگری ترکیب می‌شود تا سیگنال را به الکترونیک از راه دور برای پردازش رله کند. در مورد اندازه‌گیری موقعیت فیبر ذاتی، می‌توان از دستگاهی مانند زمان سنج نوری برای محاسبه زمان بازتابی استفاده کرد. با استفاده از ابزاری که بازتاب سنج دامنه فرکانس نوری را اجرا می کند. حسگرهای فیبر نوری در برابر تداخل الکترومغناطیسی مصون هستند، می توانند برای کار در دماهای بالا طراحی شوند، و غیر رسانا هستند، بنابراین می توان از آنها در نزدیکی فشار بالا یا مواد قابل اشتعال استفاده کرد.
یکی دیگر از حسگرهای فیبر نوری مبتنی بر فن‌آوری گریتینگ فیبر براگ (FBG) نیز می‌تواند برای اندازه‌گیری موقعیت استفاده شود. FBG به عنوان یک فیلتر بریدگی عمل می‌کند و بخش کوچکی از نور متمرکز بر طول موج براگ (λB) را هنگامی که توسط نور گسترده‌طیف روشن می‌شود، منعکس می‌کند. ، شیب، جابجایی، شتاب و بار.
دو نوع حسگر موقعیت نوری وجود دارد که به عنوان رمزگذار نوری نیز شناخته می‌شود. در یک مورد، نور به گیرنده‌ای در انتهای دیگر سنسور ارسال می‌شود. در نوع دوم، سیگنال نور ساطع شده توسط جسم تحت نظارت منعکس می‌شود و به منبع نور باز می‌گردد. بسته به طراحی سنسور، تغییرات در ویژگی‌های نور، مانند طول موج، شدت نور، موقعیت سنسور، موقعیت سنسور استفاده می‌شود. s برای حرکت خطی و چرخشی موجود هستند. این حسگرها به سه دسته اصلی تقسیم می شوند.رمزگذارهای نوری انتقال دهنده، رمزگذارهای نوری بازتابنده و رمزگذارهای نوری تداخل سنجی.
حسگرهای موقعیت اولتراسونیک از مبدل‌های کریستالی پیزوالکتریک برای ساطع امواج فراصوت با فرکانس بالا استفاده می‌کنند. حسگر صدای منعکس‌شده را اندازه‌گیری می‌کند. حسگرهای اولتراسونیک را می‌توان به عنوان حسگرهای مجاورت ساده یا طرح‌های پیچیده‌تر می‌تواند اطلاعات دامنه ارائه دهد. حسگرهای موقعیت اولتراسونیک با اجسام هدف از انواع مواد و ویژگی‌های سطحی کار می‌کنند و می‌توانند در انواع دیگر از حسگرهای فاصله‌ای کوچک‌تر را شناسایی کنند. تابش، نویز محیط، تابش مادون قرمز و تداخل الکترومغناطیسی. نمونه‌هایی از کاربردهای استفاده از حسگرهای موقعیت اولتراسونیک عبارتند از: تشخیص سطح مایع، شمارش سریع اجسام، سیستم‌های ناوبری روباتیک، و حسگر خودرو. یک سنسور اولتراسونیک معمولی خودرو شامل یک محفظه پلاستیکی، یک صفحه پیزوالکتریک، برد دریافت کننده مدار الکترونیکی و یک مبدل الکترونیکی و مدار چاپی اضافی است. پردازش سیگنال ها (شکل 5).
حسگرهای موقعیت می‌توانند حرکت خطی، چرخشی و زاویه‌ای مطلق یا نسبی اجسام را اندازه‌گیری کنند. حسگرهای موقعیت می‌توانند حرکت دستگاه‌هایی مانند محرک‌ها یا موتورها را اندازه‌گیری کنند. آنها همچنین در پلتفرم‌های موبایل مانند ربات‌ها و خودروها استفاده می‌شوند. فناوری‌های مختلفی در سنسورهای موقعیت با ترکیب‌های مختلفی از دوام محیطی، هزینه، دقت، تکرارپذیری و سایر ویژگی‌ها استفاده می‌شود.
سنسورهای موقعیت مغناطیسی سه بعدی، میکروسیستم‌های آلگرو تجزیه و تحلیل و افزایش امنیت حسگرهای اولتراسونیک برای وسایل نقلیه خودران، مجله اینترنت اشیاء IEEE چگونه یک سنسور موقعیت انتخاب کنیم، مدارهای مجتمع کمبریج انواع سنسور موقعیت، ابزار دقیق Ixthus سنسور موقعیت القایی مغناطیسی ET چیست؟
جدیدترین شماره‌های Design World و نسخه‌های پشتیبان را در قالبی با استفاده آسان و با کیفیت بالا مرور کنید. همین امروز با مجله مهندسی طراحی پیشرو ویرایش، به اشتراک بگذارید و دانلود کنید.
برترین انجمن EE حل مشکل جهان که میکروکنترلرها، DSP، شبکه، طراحی آنالوگ و دیجیتال، RF، الکترونیک قدرت، مسیریابی PCB و موارد دیگر را پوشش می دهد.
حق نسخه برداری © 2022 WTWH Media LLC.تمام حقوق محفوظ است. مطالب موجود در این سایت را نمی توان بدون اجازه کتبی قبلی WTWH Media Privacy Policy |تبلیغات، تکثیر، توزیع، انتقال، حافظه پنهان یا در موارد دیگر استفاده کرد.درباره ما