Desde cadeas robóticas ata cintas transportadoras nas operacións da cadea de subministración ata o balance das torres de turbinas eólicas, a detección de posición é unha función crítica nunha ampla gama de aplicacións. Pode adoptar moitas formas, incluíndo sensores lineais, rotativos, angulares, absolutos, incrementais, de contacto e sen contacto. , Efecto Hall, fibra óptica, óptica e ultrasóns.
Estas preguntas frecuentes ofrecen unha breve introdución ás diversas formas de detección de posición e, a continuación, revisa unha variedade de tecnoloxías que os deseñadores poden escoller cando implementan unha solución de detección de posición.
Os sensores de posición potenciométricas son dispositivos baseados en resistencias que combinan unha pista resistiva fixa cun limpador unido ao obxecto cuxa posición debe ser detectada.O movemento do obxecto move os limpadores ao longo da pista.A posición do obxecto mídese mediante unha rede divisora ​​de tensión formada por raíles e limpadores para medir o movemento lineal ou rotacional cun sensor fixo, pero de baixa precisión, ten unha tensión de CC. e repetibilidade.
Os sensores de posición indutivos utilizan cambios nas propiedades do campo magnético inducido na bobina do sensor. Dependendo da súa arquitectura, poden medir a posición lineal ou rotacional. Os sensores de posición do transformador diferencial variable lineal (LVDT) usan tres bobinas envoltas arredor dun tubo oco;unha bobina primaria e dúas bobinas secundarias. As bobinas están conectadas en serie, e a relación de fase da bobina secundaria é 180 ° desfasada con respecto á bobina primaria. Un núcleo ferromagnético chamado inducido colócase dentro do tubo e conéctase ao obxecto no lugar que se está a medir. Aplícase unha tensión de excitación á bobina primaria e unha tensión de excitación aplícase á bobina primaria e unha forza electromagnética inducida (EMF) é a forza electromagnética inducida na secundaria (EMF). pódese determinar a posición relativa da armadura e a que está unida.Un transformador diferencial de tensión rotativo (RVDT) usa a mesma técnica para rastrexar a posición xiratoria.Os sensores LVDT e RVDT ofrecen boa precisión, linealidade, resolución e alta sensibilidade.Non teñen fricción e pódense selar para o seu uso en ambientes duros.
Os sensores de posición de correntes de Foucault funcionan con obxectos condutores. As correntes de Foucault son correntes inducidas que ocorren nos materiais condutores en presenza dun campo magnético cambiante. Estas correntes flúen nun lazo pechado e xeran un campo magnético secundario. Os sensores de correntes de Foucault consisten en bobinas e circuítos de linealización. campo ry producido polas correntes de Foucault, que afecta a impedancia da bobina. A medida que o obxecto se achega á bobina, as perdas de corrente de Foucault aumentan e a tensión oscilante faise máis pequena (Figura 2).
Os dispositivos de correntes de Foucault son dispositivos resistentes e sen contacto que se utilizan normalmente como sensores de proximidade. Son omnidireccionais e poden determinar a distancia relativa ao obxecto, pero non a dirección ou a distancia absoluta ao obxecto.
Como o seu nome indica, os sensores de posición capacitivos miden os cambios na capacitancia para determinar a posición do obxecto que se está detectando. Estes sensores sen contacto pódense usar para medir a posición lineal ou rotacional. Constan de dúas placas separadas por un material dieléctrico e usan un dos dous métodos para detectar a posición dun obxecto:
Para provocar un cambio na constante dieléctrica, o obxecto cuxa posición se quere detectar está unido ao material dieléctrico. A medida que o material dieléctrico se move, a constante dieléctrica efectiva do capacitor cambia debido á combinación da área do material dieléctrico e a constante dieléctrica do aire. Alternativamente, o obxecto pódese conectar a unha das placas do capacitor. posición.
Os sensores capacitivos poden medir o desprazamento, a distancia, a posición e o grosor dos obxectos. Debido á súa alta estabilidade e resolución de sinal, os sensores de desprazamento capacitivos utilízanse en ambientes de laboratorio e industriais. Por exemplo, os sensores capacitivos utilízanse para medir o espesor da película e as aplicacións de adhesivo en procesos automatizados. Nas máquinas industriais utilízanse para controlar o desprazamento e a posición da ferramenta.
A magnetoestricción é unha propiedade dos materiais ferromagnéticos que fai que o material cambie de tamaño ou forma cando se aplica un campo magnético. Nun sensor de posición magnetoestrictivo, un imán de posición móbil está unido ao obxecto que se está medindo. Consiste nunha guía de ondas formada por fíos que transportan pulsos de corrente, conectados a un sensor situado ao final da guía de ondas (Figura 3, cando se envía un campo magnético que interactúa co pulso de onda creada na guía de ondas). campo magnético axial do imán permanente (o imán no pistón do cilindro, figura 3a).A interacción do campo prodúcese pola torsión (efecto Wiedemann), que tensa o fío, producindo un pulso acústico que se propaga ao longo da guía de ondas e que é detectado por un sensor ao final da guía de ondas (Fig. 3b). posición relativa do imán de posición e, polo tanto, pódese medir o obxecto (Fig.3c).
Os sensores de posición magnetoestrictivos son sensores sen contacto que se utilizan para detectar a posición lineal. As guías de ondas adoitan aloxarse ​​en tubos de aceiro inoxidable ou aluminio, o que permite que estes sensores se utilicen en ambientes sucios ou húmidos.
Cando se coloca un condutor fino e plano nun campo magnético, calquera corrente que flúe tende a acumularse nun lado do condutor, creando unha diferenza de potencial chamada tensión de Hall. Se a corrente no condutor é constante, a magnitude da tensión de Hall reflectirá a intensidade do campo magnético. Nun sensor de posición de efecto Hall, o obxecto está conectado a un imán situado no eixe do sensor. Ao medir a tensión de Hall, pódese determinar a posición dun obxecto. Existen sensores de posición de efecto Hall especializados que poden determinar a posición en tres dimensións (Figura 4). Os sensores de posición de efecto Hall son dispositivos sen contacto que proporcionan unha alta fiabilidade e detección rápida e que operan nun amplo rango de temperaturas. Utilízanse nunha variedade de aplicacións industriais, automotrices e médicas.
Existen dous tipos básicos de sensores de fibra óptica. Nos sensores de fibra óptica intrínseca, a fibra utilízase como elemento sensor. Nos sensores de fibra óptica externos, a fibra óptica combínase con outra tecnoloxía de sensor para transmitir o sinal á electrónica remota para o seu procesamento. No caso de medicións de posición de fibra intrínseca, pódese utilizar un dispositivo como un reflectómetro de tempo óptico para determinar o tempo de medición de ondas que pode utilizarse para calcular o tempo de reflectómetro. un reflectómetro de dominio de frecuencia óptica. Os sensores de fibra óptica son inmunes ás interferencias electromagnéticas, poden deseñarse para funcionar a altas temperaturas e non son condutores, polo que se poden usar preto de materiais inflamables ou de alta presión.
Outra detección de fibra óptica baseada na tecnoloxía de reixa de Bragg (FBG) tamén se pode usar para a medición de posición. O FBG actúa como un filtro de muesca, reflectindo unha pequena fracción da luz centrada na lonxitude de onda de Bragg (λB) cando está iluminada por luz de amplo espectro. Está fabricado con microestruturas gravadas no núcleo da fibra. mento, aceleración e carga.
Hai dous tipos de sensores de posición óptica, tamén coñecidos como codificadores ópticos. Nun caso, a luz envíase a un receptor no outro extremo do sensor. No segundo tipo, o sinal luminoso emitido é reflectido polo obxecto monitorizado e devólvese á fonte de luz. Dependendo do deseño do sensor, os cambios nas propiedades da luz, como lonxitude de onda, intensidade, fase ou polarización, úsanse para determinar a posición do obxecto e os sensores rotativos. ry motion.Estes sensores divídense en tres categorías principais;codificadores ópticos transmisivos, codificadores ópticos reflectantes e codificadores ópticos interferométricos.
Os sensores de posición ultrasónicos usan transdutores de cristal piezoeléctricos para emitir ondas ultrasónicas de alta frecuencia. O sensor mide o son reflectido. Os sensores ultrasónicos pódense usar como simples sensores de proximidade ou deseños máis complexos poden proporcionar información variada. Os sensores de posición ultrasónicos traballan con obxectos obxectivo dunha variedade de materiais e características de superficie, e poden detectar obxectos pequenos a outros tipos de sensores de distancia infravermellos e son resistentes ás vibracións. radiación e interferencia electromagnética.Exemplos de aplicacións que usan sensores de posición ultrasónicos inclúen a detección de nivel de líquido, o reconto de obxectos a alta velocidade, os sistemas de navegación robóticos e a detección de automóbiles.Un sensor de ultrasóns para automóbiles típico consiste nunha carcasa de plástico, un transdutor piezoeléctrico cunha membrana adicional e unha placa de circuíto impreso con circuítos electrónicos e microcontroladores para transmitir e procesar o sinal5.
Os sensores de posición poden medir o movemento lineal, rotacional e angular absoluto ou relativo dos obxectos. Os sensores de posición poden medir o movemento de dispositivos como actuadores ou motores. Tamén se usan en plataformas móbiles como robots e coches. En sensores de posición úsanse unha variedade de tecnoloxías con varias combinacións de durabilidade ambiental, custo, precisión, repetibilidade e outros atributos.
Sensores de posición magnéticos 3D, Allegro MicrosystemsAnalyzing and Enhancing the Security of Ultrasonic Sensors for Autonomous Vehicles, IEEE Internet of Things Journal Como seleccionar un sensor de posición, Cambridge Integrated CircuitsTipos de sensores de posición, Ixthus InstrumentationWhat is an inductive position sensor?, Keyence What is Magnetostrictive Position Sensing, AMETEK?
Consulta os últimos números de Design World e os números anteriores nun formato de alta calidade e fácil de usar. Edita, comparte e descarga hoxe coa revista líder de enxeñería de deseño.
O principal foro de EE para resolver problemas do mundo que abarca microcontroladores, DSP, redes, deseño analóxico e dixital, RF, electrónica de potencia, enrutamento de PCB e moito máis.
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.todos os dereitos reservados. O material deste sitio non pode ser reproducido, distribuído, transmitido, almacenado en caché ou usado doutro xeito sen o permiso previo por escrito de WTWH Media. Política de privacidade | Publicidade |Sobre nós