Des chaînes d'entraînement robotiques aux bandes transporteuses dans les opérations de la chaîne d'approvisionnement en passant par le balancement des tours d'éoliennes, la détection de position est une fonction essentielle dans un large éventail d'applications. Elle peut prendre de nombreuses formes, notamment des capteurs linéaires, rotatifs, angulaires, absolus, incrémentaux, avec ou sans contact. Des capteurs spécialisés ont été développés pour déterminer la position en trois dimensions.
Cette FAQ fournit une brève introduction aux différentes formes de détection de position, puis passe en revue une gamme de technologies parmi lesquelles les concepteurs peuvent choisir lors de la mise en œuvre d'une solution de détection de position.
Les capteurs de position potentiométriques sont des dispositifs basés sur la résistance qui combinent une piste résistive fixe avec un essuie-glace attaché à l'objet dont la position doit être détectée. Le mouvement de l'objet déplace l'essuie-glace le long de la piste. La position de l'objet est mesurée à l'aide d'un réseau diviseur de tension formé par des rails et des essuie-glaces pour mesurer le mouvement linéaire ou de rotation avec une tension continue fixe (Figure 1). Les capteurs potentiométriques sont peu coûteux, mais ont généralement une précision et une répétabilité faibles.
Les capteurs de position inductifs utilisent des changements dans les propriétés du champ magnétique induit dans la bobine du capteur. Selon leur architecture, ils peuvent mesurer des positions linéaires ou rotationnelles. Les capteurs de position à transformateur différentiel variable linéaire (LVDT) utilisent trois bobines enroulées autour d'un tube creux ;une bobine primaire et deux bobines secondaires. Les bobines sont connectées en série et la relation de phase de la bobine secondaire est déphasée de 180° par rapport à la bobine primaire. Un noyau ferromagnétique appelé armature est placé à l'intérieur du tube et connecté à l'objet à l'emplacement mesuré. Le transformateur différentiel de tension (RVDT) utilise la même technique pour suivre la position de rotation. Les capteurs LVDT et RVDT offrent une bonne précision, une linéarité, une résolution et une sensibilité élevée. Ils sont sans frottement et peuvent être scellés pour une utilisation dans des environnements difficiles.
Les capteurs de position à courants de Foucault fonctionnent avec des objets conducteurs. Les courants de Foucault sont des courants induits qui se produisent dans des matériaux conducteurs en présence d'un champ magnétique changeant. Ces courants circulent dans une boucle fermée et génèrent un champ magnétique secondaire. Les capteurs à courants de Foucault sont constitués de bobines et de circuits de linéarisation. Le courant alternatif alimente la bobine pour créer le champ magnétique primaire. s impédance. À mesure que l'objet se rapproche de la bobine, les pertes par courant de Foucault augmentent et la tension oscillante devient plus petite (Figure 2). La tension oscillante est redressée et traitée par un circuit linéariseur pour produire une sortie CC linéaire proportionnelle à la distance de l'objet.
Les dispositifs à courants de Foucault sont des dispositifs robustes sans contact généralement utilisés comme capteurs de proximité. Ils sont omnidirectionnels et peuvent déterminer la distance relative à l'objet, mais pas la direction ou la distance absolue à l'objet.
Comme leur nom l'indique, les capteurs de position capacitifs mesurent les changements de capacité pour déterminer la position de l'objet détecté. Ces capteurs sans contact peuvent être utilisés pour mesurer la position linéaire ou rotationnelle. Ils se composent de deux plaques séparées par un matériau diélectrique et utilisent l'une des deux méthodes pour détecter la position d'un objet :
Afin de provoquer une modification de la constante diélectrique, l'objet dont la position doit être détectée est attaché au matériau diélectrique. Lorsque le matériau diélectrique se déplace, la constante diélectrique effective du condensateur change en raison de la combinaison de la surface du matériau diélectrique et de la constante diélectrique de l'air. Alternativement, l'objet peut être connecté à l'une des plaques du condensateur. Lorsque l'objet se déplace, les plaques se rapprochent ou s'éloignent, et le changement de capacité est utilisé pour déterminer la position relative.
Les capteurs capacitifs peuvent mesurer le déplacement, la distance, la position et l'épaisseur des objets. En raison de leur stabilité de signal et de leur résolution élevées, les capteurs de déplacement capacitifs sont utilisés dans les laboratoires et les environnements industriels. Par exemple, les capteurs capacitifs sont utilisés pour mesurer l'épaisseur du film et les applications d'adhésif dans les processus automatisés. Dans les machines industrielles, ils sont utilisés pour surveiller le déplacement et la position de l'outil.
La magnétostriction est une propriété des matériaux ferromagnétiques qui fait que le matériau change de taille ou de forme lorsqu'un champ magnétique est appliqué. Dans un capteur de position magnétostrictif, un aimant de position mobile est fixé à l'objet à mesurer. , Figure 3a). L'interaction de champ est causée par la torsion (effet Wiedemann), qui tend le fil, produisant une impulsion acoustique qui se propage le long du guide d'onde et est détectée par un capteur à l'extrémité du guide d'onde (Fig. 3b). En mesurant le temps écoulé entre le début de l'impulsion de courant et la détection de l'impulsion acoustique, la position relative de l'aimant de position et donc de l'objet peut être mesurée (Fig.3c).
Les capteurs de position magnétostrictifs sont des capteurs sans contact utilisés pour détecter la position linéaire. Les guides d'ondes sont souvent logés dans des tubes en acier inoxydable ou en aluminium, ce qui permet à ces capteurs d'être utilisés dans des environnements sales ou humides.
Lorsqu'un conducteur mince et plat est placé dans un champ magnétique, tout courant circulant a tendance à s'accumuler d'un côté du conducteur, créant une différence de potentiel appelée tension Hall. Si le courant dans le conducteur est constant, l'amplitude de la tension Hall reflétera la force du champ magnétique. Dans un capteur de position à effet Hall, l'objet est connecté à un aimant logé dans l'arbre du capteur. Il existe des capteurs de position à effet Hall spécialisés qui peuvent déterminer la position en trois dimensions (Figure 4). Les capteurs de position à effet Hall sont des dispositifs sans contact qui offrent une fiabilité élevée et une détection rapide, et fonctionnent sur une large plage de températures. Ils sont utilisés dans une gamme d'applications grand public, industrielles, automobiles et médicales.
Il existe deux types de base de capteurs à fibre optique. Dans les capteurs à fibre optique intrinsèque, la fibre est utilisée comme élément de détection. Dans les capteurs à fibre optique externes, la fibre optique est combinée à une autre technologie de capteur pour relayer le signal vers l'électronique à distance pour le traitement. , et sont non conducteurs, ils peuvent donc être utilisés à proximité de matériaux à haute pression ou inflammables.
Une autre détection à fibre optique basée sur la technologie des réseaux de Bragg sur fibre (FBG) peut également être utilisée pour la mesure de position. Le FBG agit comme un filtre coupe-bande, reflétant une petite fraction de la lumière centrée sur la longueur d'onde de Bragg (λB) lorsqu'il est éclairé par une lumière à large spectre. Il est fabriqué avec des microstructures gravées dans le cœur de la fibre.
Il existe deux types de capteurs de position optiques, également connus sous le nom d'encodeurs optiques. Dans un cas, la lumière est envoyée à un récepteur à l'autre extrémité du capteur. Dans le second type, le signal lumineux émis est réfléchi par l'objet surveillé et renvoyé à la source lumineuse.codeurs optiques transmissifs, codeurs optiques réfléchissants et codeurs optiques interférométriques.
Les capteurs de position à ultrasons utilisent des transducteurs à cristaux piézoélectriques pour émettre des ondes ultrasonores à haute fréquence. Le capteur mesure le son réfléchi. Les capteurs à ultrasons peuvent être utilisés comme de simples capteurs de proximité, ou des conceptions plus complexes peuvent fournir des informations de portée. comptage de vitesse d'objets, systèmes de navigation robotiques et détection automobile. Un capteur à ultrasons automobile typique se compose d'un boîtier en plastique, d'un transducteur piézoélectrique avec une membrane supplémentaire et d'une carte de circuit imprimé avec des circuits électroniques et des microcontrôleurs pour la transmission, la réception et le traitement des signaux (Figure 5).
Les capteurs de position peuvent mesurer les mouvements linéaires, rotatifs et angulaires absolus ou relatifs d'objets. Les capteurs de position peuvent mesurer le mouvement d'appareils tels que des actionneurs ou des moteurs. Ils sont également utilisés dans des plates-formes mobiles telles que des robots et des voitures. Diverses technologies sont utilisées dans les capteurs de position avec diverses combinaisons de durabilité environnementale, de coût, de précision, de répétabilité et d'autres attributs.
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