रोबोटिक ड्राइव चेन से लेकर आपूर्ति श्रृंखला संचालन में कन्वेयर बेल्ट से लेकर पवन टरबाइन टावरों के बोलबाला तक, स्थिति संवेदन अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में एक महत्वपूर्ण कार्य है। यह रैखिक, रोटरी, कोणीय, निरपेक्ष, वृद्धिशील, संपर्क और गैर-संपर्क सेंसर सहित कई रूप ले सकता है। विशेष सेंसर विकसित किए गए हैं जो तीन आयामों में स्थिति निर्धारित कर सकते हैं। स्थिति सेंसिंग तकनीकों में पोटेंशियोमेट्रिक, आगमनात्मक, एड़ी वर्तमान, कैपेसिटिव, मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव शामिल हैं। हॉल प्रभाव, फाइबर ऑप्टिक, ऑप्टिकल और अल्ट्रासोनिक।
यह FAQ स्थिति संवेदन के विभिन्न रूपों का एक संक्षिप्त परिचय प्रदान करता है, फिर उन प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला की समीक्षा करता है जिन्हें डिज़ाइनर स्थिति संवेदन समाधान लागू करते समय चुन सकते हैं।
पोटेंशियोमेट्रिक स्थिति सेंसर प्रतिरोध-आधारित उपकरण हैं जो एक निश्चित प्रतिरोधक ट्रैक को उस वस्तु से जुड़े वाइपर के साथ जोड़ते हैं जिसकी स्थिति को महसूस करने की आवश्यकता होती है। वस्तु की गति वाइपर को ट्रैक के साथ ले जाती है। वस्तु की स्थिति को एक निश्चित डीसी वोल्टेज (चित्रा 1) के साथ रैखिक या घूर्णन गति को मापने के लिए रेल और वाइपर द्वारा गठित वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क का उपयोग करके मापा जाता है। पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर कम लागत वाले होते हैं, लेकिन आम तौर पर कम सटीकता और दोहराव होते हैं।
आगमनात्मक स्थिति सेंसर, सेंसर कॉइल में प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र के गुणों में परिवर्तन का उपयोग करते हैं। उनकी वास्तुकला के आधार पर, वे रैखिक या घूर्णी स्थिति को माप सकते हैं। लीनियर वैरिएबल डिफरेंशियल ट्रांसफार्मर (एलवीडीटी) स्थिति सेंसर एक खोखले ट्यूब के चारों ओर लिपटे तीन कॉइल का उपयोग करते हैं;एक प्राथमिक कुंडल और दो द्वितीयक कुंडलियाँ। कुंडलियाँ श्रृंखला में जुड़ी हुई हैं, और द्वितीयक कुंडल का चरण संबंध प्राथमिक कुंडल के संबंध में चरण से 180° बाहर है। आर्मेचर नामक एक लौहचुंबकीय कोर को ट्यूब के अंदर रखा जाता है और मापे जा रहे स्थान पर वस्तु से जोड़ा जाता है। प्राथमिक कुंडल पर एक उत्तेजना वोल्टेज लगाया जाता है और द्वितीयक कुंडल में एक विद्युत चुम्बकीय बल (EMF) प्रेरित होता है। द्वितीयक कुंडल के बीच वोल्टेज अंतर को मापकर, आर्मेचर की सापेक्ष स्थिति और यह किससे जुड़ी है निर्धारित किया जा सकता है। एक घूर्णन वोल्टेज अंतर ट्रांसफार्मर (आरवीडीटी) घूर्णन स्थिति को ट्रैक करने के लिए एक ही तकनीक का उपयोग करता है। एलवीडीटी और आरवीडीटी सेंसर अच्छी सटीकता, रैखिकता, रिज़ॉल्यूशन और उच्च संवेदनशीलता प्रदान करते हैं। वे घर्षण रहित हैं और कठोर वातावरण में उपयोग के लिए सील किए जा सकते हैं।
एड़ी धारा स्थिति सेंसर प्रवाहकीय वस्तुओं के साथ काम करते हैं। एड़ी धाराएं प्रेरित धाराएं होती हैं जो बदलते चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में प्रवाहकीय सामग्रियों में होती हैं। कुंडल की प्रतिबाधा। जैसे-जैसे वस्तु कुंडल के करीब आती है, भंवर धारा हानि बढ़ती है और दोलन वोल्टेज छोटा हो जाता है (चित्रा 2)। दोलन वोल्टेज को सुधारा जाता है और वस्तु की दूरी के अनुपात में एक रैखिक डीसी आउटपुट उत्पन्न करने के लिए एक लीनियराइज़र सर्किट द्वारा संसाधित किया जाता है।
एड़ी धारा उपकरण मजबूत, गैर-संपर्क उपकरण हैं जिन्हें आमतौर पर निकटता सेंसर के रूप में उपयोग किया जाता है। वे सर्वदिशात्मक होते हैं और वस्तु से सापेक्ष दूरी निर्धारित कर सकते हैं, लेकिन वस्तु की दिशा या पूर्ण दूरी नहीं।
जैसा कि नाम से पता चलता है, कैपेसिटिव स्थिति सेंसर महसूस की जा रही वस्तु की स्थिति निर्धारित करने के लिए कैपेसिटेंस में परिवर्तन को मापते हैं। इन गैर-संपर्क सेंसर का उपयोग रैखिक या घूर्णी स्थिति को मापने के लिए किया जा सकता है। इनमें एक ढांकता हुआ सामग्री द्वारा अलग की गई दो प्लेटें होती हैं और किसी वस्तु की स्थिति का पता लगाने के लिए दो तरीकों में से एक का उपयोग किया जाता है:
ढांकता हुआ स्थिरांक में परिवर्तन का कारण बनने के लिए, जिस वस्तु की स्थिति का पता लगाया जाना है, वह ढांकता हुआ सामग्री से जुड़ी होती है। जैसे ही ढांकता हुआ सामग्री चलती है, ढांकता हुआ सामग्री के क्षेत्र और हवा के ढांकता हुआ स्थिरांक के संयोजन के कारण संधारित्र का प्रभावी ढांकता हुआ स्थिरांक बदल जाता है। वैकल्पिक रूप से, वस्तु को संधारित्र प्लेटों में से एक से जोड़ा जा सकता है। जैसे ही वस्तु चलती है, प्लेटें करीब या दूर जाती हैं, और कैपेसिटेंस में परिवर्तन का उपयोग सापेक्ष स्थिति निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
कैपेसिटिव सेंसर वस्तुओं के विस्थापन, दूरी, स्थिति और मोटाई को माप सकते हैं। उनकी उच्च सिग्नल स्थिरता और रिज़ॉल्यूशन के कारण, कैपेसिटिव विस्थापन सेंसर का उपयोग प्रयोगशाला और औद्योगिक वातावरण में किया जाता है। उदाहरण के लिए, कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग स्वचालित प्रक्रियाओं में फिल्म की मोटाई और चिपकने वाले अनुप्रयोगों को मापने के लिए किया जाता है। औद्योगिक मशीनों में, उनका उपयोग विस्थापन और उपकरण की स्थिति की निगरानी के लिए किया जाता है।
मैग्नेटोस्ट्रिक्शन फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों का एक गुण है जो चुंबकीय क्षेत्र लागू होने पर सामग्री को अपना आकार या आकार बदलने का कारण बनता है। मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव स्थिति सेंसर में, एक चल स्थिति चुंबक को मापी जा रही वस्तु से जोड़ा जाता है। इसमें एक वेवगाइड होता है जिसमें तार होते हैं जो वर्तमान दालों को ले जाते हैं, जो वेवगाइड के अंत में स्थित सेंसर से जुड़े होते हैं (चित्रा 3)। जब एक वर्तमान पल्स को वेवगाइड के नीचे भेजा जाता है, तो तार में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है जो स्थायी के अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र के साथ संपर्क करता है चुंबक (सिलेंडर पिस्टन में चुंबक, चित्र 3ए)। फ़ील्ड इंटरैक्शन घुमाव (विडेमैन प्रभाव) के कारण होता है, जो तार पर दबाव डालता है, जिससे एक ध्वनिक पल्स उत्पन्न होता है जो वेवगाइड के साथ फैलता है और वेवगाइड के अंत में एक सेंसर द्वारा पता लगाया जाता है (छवि 3 बी)। वर्तमान पल्स की शुरुआत और ध्वनिक पल्स का पता लगाने के बीच के समय को मापकर, स्थिति चुंबक की सापेक्ष स्थिति और इसलिए वस्तु को मापा जा सकता है (चित्र)।3सी).
मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव स्थिति सेंसर गैर-संपर्क सेंसर हैं जिनका उपयोग रैखिक स्थिति का पता लगाने के लिए किया जाता है। वेवगाइड अक्सर स्टेनलेस स्टील या एल्यूमीनियम ट्यूबों में रखे जाते हैं, जिससे इन सेंसरों का उपयोग गंदे या गीले वातावरण में किया जा सकता है।
जब एक पतले, सपाट कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो प्रवाहित होने वाली कोई भी धारा कंडक्टर के एक तरफ जमा हो जाती है, जिससे एक संभावित अंतर पैदा होता है जिसे हॉल वोल्टेज कहा जाता है। यदि कंडक्टर में करंट स्थिर है, तो हॉल वोल्टेज का परिमाण चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को प्रतिबिंबित करेगा। हॉल-इफ़ेक्ट स्थिति सेंसर में, वस्तु सेंसर शाफ्ट में रखे गए चुंबक से जुड़ी होती है। जैसे ही वस्तु चलती है, चुंबक की स्थिति हॉल तत्व के सापेक्ष बदलती है, जिसके परिणामस्वरूप हॉल वोल्टेज बदलता है। हॉल वोल्टेज को मापकर, किसी वस्तु की स्थिति को जाना जा सकता है। निर्धारित। विशेष हॉल-इफ़ेक्ट स्थिति सेंसर हैं जो तीन आयामों में स्थिति निर्धारित कर सकते हैं (चित्र 4)। हॉल-इफ़ेक्ट स्थिति सेंसर गैर-संपर्क उपकरण हैं जो उच्च विश्वसनीयता और तेज़ सेंसिंग प्रदान करते हैं, और एक विस्तृत तापमान सीमा पर काम करते हैं। इनका उपयोग उपभोक्ता, औद्योगिक, ऑटोमोटिव और चिकित्सा अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला में किया जाता है।
फाइबर ऑप्टिक सेंसर के दो बुनियादी प्रकार हैं। आंतरिक फाइबर ऑप्टिक सेंसर में, फाइबर को सेंसिंग तत्व के रूप में उपयोग किया जाता है। बाहरी फाइबर ऑप्टिक सेंसर में, प्रसंस्करण के लिए दूरस्थ इलेक्ट्रॉनिक्स को सिग्नल रिले करने के लिए फाइबर ऑप्टिक्स को एक अन्य सेंसर तकनीक के साथ जोड़ा जाता है। आंतरिक फाइबर स्थिति माप के मामले में, समय विलंब निर्धारित करने के लिए ऑप्टिकल टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर जैसे उपकरण का उपयोग किया जा सकता है। तरंग दैर्ध्य बदलाव की गणना एक ऐसे उपकरण का उपयोग करके की जा सकती है जो ऑप्टिकल आवृत्ति डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर लागू करता है। फाइबर ऑप्टिक सेंसर हैं विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के प्रति प्रतिरोधी, उच्च तापमान पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, और गैर-प्रवाहकीय हैं, इसलिए उनका उपयोग उच्च दबाव या ज्वलनशील सामग्री के पास किया जा सकता है।
फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग (एफबीजी) तकनीक पर आधारित एक अन्य फाइबर-ऑप्टिक सेंसिंग का उपयोग स्थिति माप के लिए भी किया जा सकता है। एफबीजी एक नॉच फिल्टर के रूप में कार्य करता है, जो ब्रॉड-स्पेक्ट्रम प्रकाश द्वारा प्रकाशित होने पर ब्रैग तरंग दैर्ध्य (λB) पर केंद्रित प्रकाश के एक छोटे अंश को प्रतिबिंबित करता है। यह फाइबर कोर में खोदे गए माइक्रोस्ट्रक्चर के साथ निर्मित होता है। एफबीजी का उपयोग तापमान, तनाव, दबाव, झुकाव, विस्थापन, त्वरण और भार जैसे विभिन्न मापदंडों को मापने के लिए किया जा सकता है।
दो प्रकार के ऑप्टिकल स्थिति सेंसर हैं, जिन्हें ऑप्टिकल एनकोडर के रूप में भी जाना जाता है। एक मामले में, लाइट को सेंसर के दूसरे छोर पर एक रिसीवर को भेजा जाता है। दूसरे प्रकार में, उत्सर्जित प्रकाश सिग्नल को मॉनिटर की गई वस्तु द्वारा परिलक्षित किया जाता है और लाइट सोर्स में वापस आ जाता है। आर्य मोशन। ये सेंसर तीन मुख्य श्रेणियों में आते हैं;ट्रांसमिसिव ऑप्टिकल एनकोडर, रिफ्लेक्टिव ऑप्टिकल एनकोडर, और इंटरफेरोमेट्रिक ऑप्टिकल एनकोडर।
अल्ट्रासोनिक स्थिति सेंसर उच्च-आवृत्ति अल्ट्रासोनिक तरंगों को उत्सर्जित करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल ट्रांसड्यूसर का उपयोग करते हैं। सेंसर परावर्तित ध्वनि को मापता है। अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग सरल निकटता सेंसर के रूप में किया जा सकता है, या अधिक जटिल डिजाइन जानकारी प्रदान कर सकते हैं। अल्ट्रासोनिक स्थिति सेंसर विभिन्न प्रकार की सामग्रियों और सतह सुविधाओं के लक्ष्य वस्तुओं के साथ काम करते हैं, और कई अन्य प्रकार के स्थिति सेंसर की तुलना में अधिक दूरी पर छोटी वस्तुओं का पता लगा सकते हैं। वे कंपन, परिवेश शोर, अवरक्त विकिरण और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के प्रतिरोधी हैं। उदाहरण अल्ट्रासोनिक स्थिति सेंसर का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों में तरल स्तर का पता लगाना, वस्तुओं की उच्च गति की गिनती, रोबोटिक नेविगेशन सिस्टम और ऑटोमोटिव सेंसिंग शामिल हैं। एक विशिष्ट ऑटोमोटिव अल्ट्रासोनिक सेंसर में एक प्लास्टिक आवास, एक अतिरिक्त झिल्ली के साथ एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर और सिग्नल संचारित करने, प्राप्त करने और प्रसंस्करण के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और माइक्रोकंट्रोलर के साथ एक मुद्रित सर्किट बोर्ड होता है (चित्रा 5)।
स्थिति सेंसर वस्तुओं की पूर्ण या सापेक्ष रैखिक, घूर्णी और कोणीय गति को माप सकते हैं। स्थिति सेंसर एक्चुएटर या मोटर जैसे उपकरणों की गति को माप सकते हैं। इनका उपयोग रोबोट और कारों जैसे मोबाइल प्लेटफार्मों में भी किया जाता है। स्थिति सेंसर में पर्यावरणीय स्थायित्व, लागत, सटीकता, दोहराव और अन्य विशेषताओं के विभिन्न संयोजनों के साथ विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जाता है।
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