A robot hajtásláncoktól a szállítószalagokon át az ellátási lánc működésében a szélturbina tornyok lengéséig a helyzetérzékelés kritikus funkció az alkalmazások széles körében. Sokféle formát ölthet, beleértve a lineáris, forgó, szögletes, abszolút, inkrementális, érintkező és nem érintkező érzékelőket. Speciális érzékelőket fejlesztettek ki, amelyek három dimenzióban, érzékelő, pozitivometrikus, pozicionáló, pozitivitásos pozíciót határoznak meg. aktív, magnetostrikciós, Hall-effektus, optikai, optikai és ultrahangos.
Ez a GYIK röviden bemutatja a helyzetérzékelés különféle formáit, majd áttekinti a technológiai lehetőségek széles skáláját, amelyek közül a tervezők választhatnak egy helyzetérzékelő megoldást.
A potenciometrikus helyzetérzékelők olyan ellenállás-alapú eszközök, amelyek egy rögzített ellenállási sávot kombinálnak az objektumhoz rögzített ablaktörlővel, amelynek helyzetét érzékelni kell. Az objektum mozgása az ablaktörlőt a pálya mentén mozgatja. képesség.
Az induktív helyzetérzékelők az érzékelőtekercsben indukált mágneses mező tulajdonságainak változásait használják fel. Architektúrájuktól függően lineáris vagy forgó pozíciókat mérhetnek. A lineáris változó differenciáltranszformátor (LVDT) helyzetérzékelői három tekercset használnak, amelyek egy üreges cső köré vannak tekerve;egy primer tekercs és két szekunder tekercs. A tekercsek sorba vannak kötve, és a szekunder tekercs fázisviszonya 180°-ban kiesik a primer tekercshez képest. A cső belsejében egy ferromágneses magot helyeznek, amelyet armatúrának neveznek, és a mérendő helyen a tárgyhoz csatlakoztatják. A primer tekercsre gerjesztő feszültséget kapcsolunk, és a másodlagos indukált feszültségkülönbséget (EMF) növelő elektromágneses erő között. , az armatúra relatív helyzete és az, hogy mihez van rögzítve, meghatározható.A forgó feszültségkülönbség-transzformátor (RVDT) ugyanazt a technikát alkalmazza a forgó helyzet nyomon követésére.Az LVDT és RVDT érzékelők jó pontosságot, linearitást, felbontást és nagy érzékenységet kínálnak.Súrlódásmentesek és tömítettek a zord környezetben való használatra.
Az örvényáramú helyzetérzékelők vezető tárgyakkal működnek. Az örvényáramok olyan indukált áramok, amelyek vezető anyagokban, változó mágneses tér jelenlétében fordulnak elő. Ezek az áramok zárt hurokban áramlanak, és másodlagos mágneses teret hoznak létre. Az örvényáram-érzékelők tekercsekből és linearizációs áramkörökből állnak. A váltakozó áram energiával tölti fel a tekercset, hogy létrehozza az elsődleges mágneses térerőt, vagy ha elmozdítja a kölcsönhatási mezőt a másodlagos mágneses tértől, vagy elmozdítja a kölcsönhatást. örvényáramok állítják elő, ami befolyásolja a tekercs impedanciáját.Ahogy a tárgy közelebb kerül a tekercshez, az örvényáram veszteségei nőnek, és az oszcilláló feszültség kisebb lesz (2. ábra).A rezgőfeszültséget egyenirányítja és feldolgozza egy linearizáló áramkör, hogy a tárgy távolságával arányos lineáris egyenáramú kimenetet állítson elő.
Az örvényáramú eszközök robusztus, érintésmentes eszközök, amelyeket tipikusan közelségérzékelőként használnak. Mindenirányúak, és képesek meghatározni a tárgyhoz való relatív távolságot, de nem az irányt vagy az abszolút távolságot a tárgytól.
Ahogy a neve is sugallja, a kapacitív helyzetérzékelők a kapacitás változásait mérik, hogy meghatározzák az érzékelt tárgy helyzetét.Ezek az érintésmentes érzékelők lineáris vagy forgó helyzet mérésére használhatók. Két lemezből állnak, amelyeket dielektromos anyag választ el egymástól, és két módszer egyikét használják egy tárgy helyzetének meghatározására:
A dielektromos állandó változásának előidézése érdekében a vizsgálandó tárgyat a dielektromos anyaghoz rögzítjük. A dielektrikum mozgásával a kondenzátor effektív dielektromos állandója a dielektromos anyag területének és a levegő dielektromos állandójának kombinációja miatt megváltozik. Alternatív megoldásként a tárgy csatlakoztatható a távolabbi, illetve a távolabbi lemez mozgatásához, a zárólemezhez. a kapacitás változását használják a relatív helyzet meghatározására.
A kapacitív érzékelők mérhetik az objektumok elmozdulását, távolságát, helyzetét és vastagságát. Magas jelstabilitásuk és felbontásuk miatt a kapacitív elmozdulásérzékelőket laboratóriumi és ipari környezetben használják. A kapacitív érzékelőket például filmvastagság és ragasztási alkalmazások mérésére használják automatizált folyamatokban. Az ipari gépekben az elmozdulás és a szerszám helyzetének figyelésére használják.
A magnetostrikció a ferromágneses anyagok olyan tulajdonsága, amely megváltoztatja az anyag méretét vagy alakját, amikor mágneses mezőt alkalmaznak. A magnetostrikciós helyzetérzékelőben egy mozgatható helyzetmágnes csatlakozik a mért tárgyhoz. Ez egy hullámvezetőből áll, amely áramimpulzusokat szállító vezetékekből áll, és egy érzékelőhöz csatlakozik, amely a hullámvezető végén található, és az áramimpulzusok között létrejövő mágneses hullámtér jön létre. az állandó mágnes (a hengerdugattyúban lévő mágnes, 3a. ábra) axiális mágneses terével hat. A térkölcsönhatást csavarodás okozza (Wiedemann-effektus), amely megfeszíti a vezetéket, akusztikus impulzust hozva létre, amely a hullámvezető mentén terjed, és amelyet a hullámvezető végén lévő érzékelő érzékel, az áram és a pulzálási idő között (3b. ábra). Az akusztikus impulzustól mérhető a helyzetmágnes és így a tárgy egymáshoz viszonyított helyzete (ábra).3c).
A magnetostrikciós helyzetérzékelők érintésmentes érzékelők, amelyeket lineáris pozíció érzékelésére használnak. A hullámvezetőket gyakran rozsdamentes acél vagy alumínium csövekben helyezik el, lehetővé téve ezeknek az érzékelőknek a használatát piszkos vagy nedves környezetben.
Amikor egy vékony, lapos vezetőt mágneses térbe helyezünk, a vezető egyik oldalán áramló áram hajlamos felhalmozódni, ami Hall-feszültségnek nevezett potenciálkülönbséget hoz létre. Ha a vezetőben lévő áram állandó, akkor a Hall feszültség nagysága a mágneses tér erősségét tükrözi. Hall-effektus helyzetérzékelőben az objektum egy mágneshez csatlakozik, amely az érzékelőben elhelyezett, az érzékelő mozgási tengelyének változása miatt a Hall feszültsége megváltozik. .A Hall feszültség mérésével meghatározható az objektum helyzete. Vannak speciális Hall-hatású helyzetérzékelők, amelyek három dimenzióban képesek meghatározni a pozíciót (4. ábra). A Hall-hatású helyzetérzékelők érintésmentes eszközök, amelyek nagy megbízhatóságot és gyors érzékelést biztosítanak, és széles hőmérséklet-tartományban működnek. Számos fogyasztói, ipari, autóipari és orvosi alkalmazásban használatosak.
A száloptikai érzékelőknek két alapvető típusa van. Az intrinsic optikai érzékelőknél a szálat használják érzékelőelemként. A külső száloptikai érzékelőkben a száloptikát egy másik szenzortechnológiával kombinálják, hogy a jelet továbbítsák a távoli elektronikához feldolgozás céljából. A belső szálpozíció mérése esetén egy eszköz, például egy optikai időtartomány-mérő használható a frekvencia-tartomány-reflexiós műszer reflektálására, amely meghatározza a frekvencia tartomány késleltetését. A száloptikai érzékelők immunisak az elektromágneses interferenciákkal szemben, magas hőmérsékleten történő működésre tervezhetők, és nem vezetőképesek, így nagy nyomású vagy gyúlékony anyagok közelében is használhatók.
Egy másik, Fiber Bragg rács (FBG) technológián alapuló száloptikai érzékelő is használható pozíciómérésre. Az FBG rovátkolt szűrőként működik, amely széles spektrumú fénnyel megvilágítva a Bragg-hullámhosszon (λB) középpontba eső fény kis részét visszaveri. A szálmagba vésett mikrostruktúrákkal készül. gyorsulás és terhelés.
Az optikai helyzetérzékelőknek két típusa van, más néven optikai kódoló. Az egyik esetben a fényt az érzékelő másik végén lévő vevőbe küldik. A második típusnál a kibocsátott fényjelet a megfigyelt tárgy visszaveri, és visszajuttatja a fényforráshoz. Az érzékelő kialakításától függően a fény tulajdonságainak változásai, például a hullámhossz, az intenzitás, a fázis vagy az objektum pozíciójának meghatározásához használható polarizáció és polarizáció. forgó mozgás.Ezek az érzékelők három fő kategóriába sorolhatók;transzmissziós optikai kódolók, fényvisszaverő optikai kódolók és interferometrikus optikai kódolók.
Az ultrahangos helyzetérzékelők piezoelektromos kristályátalakítókat használnak a nagyfrekvenciás ultrahanghullámok kibocsátására. Az érzékelő méri a visszavert hangot. Az ultrahangos érzékelők használhatók egyszerű közelségérzékelőként, vagy bonyolultabb kialakítások széleskörű információt szolgáltathatnak. Az ultrahangos helyzetérzékelők különféle anyagokból és felületi jellemzőkből álló céltárgyakkal dolgoznak, és sok más típusú kis tárgyat nagyobb távolságra is képesek érzékelni. , infravörös sugárzás és elektromágneses interferencia.Az ultrahangos helyzetérzékelőket használó alkalmazások példái közé tartozik a folyadékszint-érzékelés, a tárgyak nagy sebességű számlálása, a robotos navigációs rendszerek és az autóipari érzékelés.Egy tipikus autóipari ultrahangos érzékelő műanyag házból, piezoelektromos jelátalakítóból és kiegészítő membránnal ellátott piezoelektromos jelátalakítóból áll, valamint nyomtatott áramköröket jeladó mikrovezérlőkkel és jelátviteli áramkörrel.
A helyzetérzékelők mérhetik az objektumok abszolút vagy relatív lineáris, forgó és szögirányú mozgását. A helyzetérzékelők mérhetik az eszközök, például működtetők vagy motorok mozgását. Mobil platformokon, például robotokban és autókban is használatosak. A helyzetérzékelőkben sokféle technológiát alkalmaznak a környezeti tartósság, a költség, a pontosság, az ismételhetőség és egyéb tulajdonságok különböző kombinációival.
3D mágneses helyzetérzékelők, Allegro mikrorendszerek Ultrahangos érzékelők elemzése és biztonságának fokozása autonóm járművekhez, IEEE Internet of Things Journal Hogyan válasszunk helyzetérzékelőt, Cambridge integrált áramkörökHelyzetérzékelő típusok, Ixthus műszerekMi az induktív helyzetérzékelő?, Keyence Mi az a mágneses érzékelő?
Böngésszen a Design World legfrissebb számai között és a korábbi számok között könnyen használható, kiváló minőségű formátumban. Szerkessze, ossza meg és töltse le még ma a vezető tervezési mérnöki magazin segítségével.
A világ legjobb problémamegoldó EE fóruma mikrokontrollerekkel, DSP-vel, hálózattal, analóg és digitális tervezéssel, rádiófrekvenciával, teljesítményelektronikával, PCB-útválasztással és még sok mással
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.minden jog fenntartva. Az ezen az oldalon található anyagok nem reprodukálhatók, terjeszthetők, továbbíthatók, gyorsítótárazhatók vagy más módon felhasználhatók a WTWH MediaAdatvédelmi szabályzata |Hirdetés |Rólunk