Dari rantai penggerak robot hingga sabuk konveyor dalam operasi rantai pasokan hingga goyangan menara turbin angin, penginderaan posisi adalah fungsi penting dalam berbagai aplikasi. Ini dapat mengambil banyak bentuk, termasuk sensor linier, putar, sudut, absolut, inkremental, kontak, dan non-kontak. Sensor khusus telah dikembangkan yang dapat menentukan posisi dalam tiga dimensi. Teknologi penginderaan posisi meliputi potensiometrik, induktif, arus eddy, kapasitif, magnetostriktif, efek Hall, serat optik, optik, dan ultrasonik.
FAQ ini memberikan pengenalan singkat tentang berbagai bentuk pengindraan posisi, kemudian mengulas berbagai teknologi yang dapat dipilih desainer saat menerapkan solusi pengindraan posisi.
Sensor posisi potensiometri adalah perangkat berbasis resistensi yang menggabungkan jalur resistif tetap dengan penghapus yang terpasang pada objek yang posisinya perlu dirasakan. Pergerakan objek menggerakkan penghapus di sepanjang jalur. Posisi objek diukur dengan menggunakan jaringan pembagi tegangan yang dibentuk oleh rel dan penghapus untuk mengukur gerakan linier atau rotasi dengan tegangan DC tetap (Gambar 1). Sensor potensiometri berbiaya rendah, tetapi umumnya memiliki akurasi dan pengulangan yang rendah.
Sensor posisi induktif memanfaatkan perubahan sifat medan magnet yang diinduksi dalam kumparan sensor. Bergantung pada arsitekturnya, mereka dapat mengukur posisi linier atau rotasi. Sensor posisi Linear Variable Differential Transformer (LVDT) menggunakan tiga kumparan yang melilit tabung berongga;sebuah kumparan primer dan dua kumparan sekunder. Kumparan dihubungkan secara seri, dan hubungan fasa kumparan sekunder adalah 180° di luar fase sehubungan dengan kumparan primer. Sebuah inti feromagnetik yang disebut angker ditempatkan di dalam tabung dan dihubungkan ke objek di lokasi yang diukur. Tegangan eksitasi diterapkan ke kumparan primer dan gaya elektromagnetik (EMF) diinduksi dalam kumparan sekunder. Dengan mengukur perbedaan tegangan antara kumparan sekunder, posisi relatif angker dan apa yang dilekatkannya dapat ditentukan. Rotating voltage differential transformer (RVDT) menggunakan teknik yang sama untuk melacak posisi putaran. Sensor LVDT dan RVDT menawarkan akurasi, linearitas, resolusi, dan sensitivitas tinggi yang baik. Mereka tidak memiliki gesekan dan dapat disegel untuk digunakan di lingkungan yang keras.
Sensor posisi arus Eddy bekerja dengan objek konduktif. Arus Eddy adalah arus terinduksi yang terjadi pada bahan konduktif dengan adanya medan magnet yang berubah. Arus ini mengalir dalam lingkaran tertutup dan menghasilkan medan magnet sekunder. Sensor arus Eddy terdiri dari kumparan dan sirkuit linearisasi. Arus bolak-balik memberi energi pada kumparan untuk menciptakan medan magnet primer. Ketika sebuah objek mendekati atau menjauh dari kumparan, posisinya dapat dirasakan menggunakan interaksi medan sekunder yang dihasilkan oleh arus eddy, yang memengaruhi hambatan kumparan ance.Ketika objek semakin dekat ke koil, kerugian arus eddy meningkat dan tegangan osilasi menjadi lebih kecil (Gambar 2). Tegangan osilasi diperbaiki dan diproses oleh rangkaian linearizer untuk menghasilkan output DC linier yang sebanding dengan jarak objek.
Perangkat arus Eddy kasar, perangkat non-kontak biasanya digunakan sebagai sensor jarak. Mereka omnidirectional dan dapat menentukan jarak relatif ke objek, tetapi bukan arah atau jarak absolut ke objek.
Seperti namanya, sensor posisi kapasitif mengukur perubahan kapasitansi untuk menentukan posisi objek yang dirasakan. Sensor non-kontak ini dapat digunakan untuk mengukur posisi linier atau rotasi. Mereka terdiri dari dua pelat yang dipisahkan oleh bahan dielektrik dan menggunakan salah satu dari dua metode untuk mendeteksi posisi suatu objek:
Untuk menyebabkan perubahan konstanta dielektrik, objek yang posisinya akan dideteksi melekat pada bahan dielektrik. Saat bahan dielektrik bergerak, konstanta dielektrik efektif kapasitor berubah karena kombinasi luas bahan dielektrik dan konstanta dielektrik udara. Sebagai alternatif, objek dapat dihubungkan ke salah satu pelat kapasitor. Saat objek bergerak, pelat bergerak lebih dekat atau lebih jauh, dan perubahan kapasitansi digunakan untuk menentukan posisi relatif.
Sensor kapasitif dapat mengukur perpindahan, jarak, posisi, dan ketebalan objek. Karena stabilitas dan resolusi sinyalnya yang tinggi, sensor perpindahan kapasitif digunakan di lingkungan laboratorium dan industri. Misalnya, sensor kapasitif digunakan untuk mengukur ketebalan film dan aplikasi perekat dalam proses otomatis. Pada mesin industri, sensor ini digunakan untuk memantau perpindahan dan posisi alat.
Magnetostriksi adalah properti bahan feromagnetik yang menyebabkan bahan mengubah ukuran atau bentuknya ketika medan magnet diterapkan. Dalam sensor posisi magnetostriktif, magnet posisi bergerak dipasang pada objek yang diukur. Ini terdiri dari pandu gelombang yang terdiri dari kabel yang membawa pulsa arus, terhubung ke sensor yang terletak di ujung pandu gelombang (Gambar 3). Ketika pulsa arus dikirim ke pandu gelombang, medan magnet dibuat di kawat yang berinteraksi dengan medan magnet aksial dari magnet permanen (magnet). dalam piston silinder, Gambar 3a). Interaksi medan disebabkan oleh puntiran (efek Wiedemann), yang meregangkan kawat, menghasilkan pulsa akustik yang menyebar di sepanjang pandu gelombang dan dideteksi oleh sensor di ujung pandu gelombang (Gbr. 3b). Dengan mengukur waktu yang telah berlalu antara inisiasi pulsa arus dan deteksi pulsa akustik, posisi relatif magnet posisi dan objek dapat diukur (Gbr.3c).
Sensor posisi magnetostriktif adalah sensor non-kontak yang digunakan untuk mendeteksi posisi linier. Pemandu gelombang sering ditempatkan dalam tabung baja tahan karat atau aluminium, memungkinkan sensor ini digunakan di lingkungan yang kotor atau basah.
Ketika sebuah konduktor tipis dan datar ditempatkan dalam medan magnet, setiap arus yang mengalir cenderung menumpuk di satu sisi konduktor, menciptakan perbedaan potensial yang disebut tegangan Hall. Jika arus dalam konduktor konstan, besarnya tegangan Hall akan mencerminkan kekuatan medan magnet. Dalam sensor posisi efek Hall, objek terhubung ke magnet yang ditempatkan di poros sensor. Saat objek bergerak, posisi magnet berubah relatif terhadap elemen Hall, menghasilkan tegangan Hall yang berubah. Dengan mengukur tegangan Hall, posisi suatu objek dapat ditentukan .Ada sensor posisi efek Hall khusus yang dapat menentukan posisi dalam tiga dimensi (Gambar 4). Sensor posisi efek Hall adalah perangkat non-kontak yang memberikan keandalan tinggi dan pengindraan cepat, dan beroperasi pada rentang suhu yang luas. Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi konsumen, industri, otomotif, dan medis.
Ada dua tipe dasar sensor serat optik. Pada sensor serat optik intrinsik, serat digunakan sebagai elemen penginderaan. Pada sensor serat optik eksternal, serat optik digabungkan dengan teknologi sensor lain untuk menyampaikan sinyal ke elektronik jarak jauh untuk diproses. Dalam kasus pengukuran posisi serat intrinsik, perangkat seperti reflektometer domain waktu optik dapat digunakan untuk menentukan waktu tunda. Pergeseran panjang gelombang dapat dihitung menggunakan instrumen yang mengimplementasikan reflektometer domain frekuensi optik. Sensor serat optik kebal terhadap interferensi elektromagnetik, dapat dirancang untuk beroperasi pada suhu tinggi, dan non-konduktif, sehingga dapat digunakan di dekat bahan bertekanan tinggi atau mudah terbakar.
Penginderaan serat optik lain berdasarkan teknologi fiber Bragg grating (FBG) juga dapat digunakan untuk pengukuran posisi. FBG bertindak sebagai filter takik, yang memantulkan sebagian kecil cahaya yang berpusat pada panjang gelombang Bragg (λB) saat diterangi oleh cahaya spektrum luas. FBG dibuat dengan struktur mikro yang terukir di inti serat. FBG dapat digunakan untuk mengukur berbagai parameter seperti suhu, regangan, tekanan, kemiringan, perpindahan, akselerasi, dan beban.
Ada dua jenis sensor posisi optik, juga dikenal sebagai enkoder optik. Dalam satu kasus, cahaya dikirim ke penerima di ujung lain sensor. Pada tipe kedua, sinyal cahaya yang dipancarkan dipantulkan oleh objek yang dipantau dan dikembalikan ke sumber cahaya. Bergantung pada desain sensor, perubahan sifat cahaya, seperti panjang gelombang, intensitas, fase, atau polarisasi, digunakan untuk menentukan posisi suatu objek. Sensor posisi optik berbasis enkoder tersedia untuk gerakan linier dan putar. Sensor ini terbagi dalam tiga kategori utama;enkoder optik transmisif, enkoder optik reflektif, dan enkoder optik interferometrik.
Sensor posisi ultrasonik menggunakan transduser kristal piezoelektrik untuk memancarkan gelombang ultrasonik frekuensi tinggi. Sensor mengukur suara yang dipantulkan. Sensor ultrasonik dapat digunakan sebagai sensor jarak sederhana, atau desain yang lebih kompleks dapat memberikan informasi jangkauan. Sensor posisi ultrasonik bekerja dengan objek target dari berbagai bahan dan fitur permukaan, dan dapat mendeteksi objek kecil pada jarak yang lebih jauh daripada jenis sensor posisi lainnya. Mereka tahan terhadap getaran, kebisingan sekitar, radiasi infra merah, dan interferensi elektromagnetik. Contoh aplikasi menggunakan sensor posisi ultrasonik termasuk tingkat cairan deteksi, penghitungan objek berkecepatan tinggi, sistem navigasi robot, dan penginderaan otomotif. Sensor ultrasonik otomotif tipikal terdiri dari wadah plastik, transduser piezoelektrik dengan membran tambahan, dan papan sirkuit tercetak dengan sirkuit elektronik dan mikrokontroler untuk mengirim, menerima, dan memproses sinyal (Gambar 5).
Sensor posisi dapat mengukur gerakan objek linear absolut atau relatif, rotasi dan sudut. Sensor posisi dapat mengukur pergerakan perangkat seperti aktuator atau motor. Mereka juga digunakan dalam platform seluler seperti robot dan mobil. Berbagai teknologi digunakan dalam sensor posisi dengan berbagai kombinasi daya tahan lingkungan, biaya, akurasi, pengulangan, dan atribut lainnya.
3D Magnetic Position Sensors, Allegro MicrosystemsMenganalisis dan Meningkatkan Keamanan Sensor Ultrasonik untuk Kendaraan Otonom, IEEE Internet of Things Journal Bagaimana memilih sensor posisi, Cambridge Integrated CircuitsTipe sensor posisi, Ixthus InstrumentationApa itu sensor posisi induktif?, Keyence Apa itu Sensor Posisi Magnetostriktif?, AMETEK
Jelajahi edisi terbaru Dunia Desain dan terbitan sebelumnya dalam format berkualitas tinggi yang mudah digunakan. Edit, bagikan, dan unduh hari ini dengan majalah teknik desain terkemuka.
Forum EE pemecahan masalah teratas di dunia yang mencakup mikrokontroler, DSP, jaringan, desain analog dan digital, RF, elektronika daya, perutean PCB, dan lainnya
Hak Cipta © 2022 WTWH Media LLC.semua hak dilindungi undang-undang. Materi di situs ini tidak boleh direproduksi, didistribusikan, dikirim, disimpan dalam cache, atau digunakan tanpa izin tertulis sebelumnya dari Kebijakan Privasi Media WTWH |Iklan |Tentang kami