로봇 구동 체인에서 풍력 터빈 타워의 흔들림에 이르기까지 공급망 작업의 컨베이어 벨트에 이르기까지 위치 감지는 광범위한 응용 분야에서 중요한 기능입니다. 선형, 회전식, 각도, 절대, 증분, 접촉 및 비접촉 센서를 비롯한 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 3차원 위치를 결정할 수 있는 특수 센서가 개발되었습니다. 위치 감지 기술에는 전위차, 유도, 와전류, 용량성, 자왜, 홀 효과, 광섬유, 광학 및 초음파가 포함됩니다.
이 FAQ는 다양한 형태의 위치 감지에 대한 간략한 소개를 제공하고 위치 감지 솔루션을 구현할 때 설계자가 선택할 수 있는 다양한 기술을 검토합니다.
전위차 위치 센서는 위치를 감지해야 하는 물체에 부착된 와이퍼와 고정 저항 트랙을 결합하는 저항 기반 장치입니다. 물체의 움직임은 트랙을 따라 와이퍼를 움직입니다. 물체의 위치는 고정 DC 전압으로 선형 또는 회전 운동을 측정하기 위해 레일과 와이퍼로 구성된 전압 분배기 네트워크를 사용하여 측정됩니다(그림 1). 전위차 센서는 비용이 저렴하지만 일반적으로 정확도와 반복성이 낮습니다.
유도 위치 센서는 센서 코일에 유도된 자기장의 특성 변화를 활용합니다. 구조에 따라 선형 또는 회전 위치를 측정할 수 있습니다. 선형 가변 차동 변압기(LVDT) 위치 센서는 속이 빈 튜브를 감싸는 3개의 코일을 사용합니다.1차 코일과 2개의 2차 코일. 코일은 직렬로 연결되어 있으며 2차 코일의 위상 관계는 1차 코일에 대해 180° 위상이 다릅니다. 전기자라고 하는 강자성 코어가 튜브 내부에 배치되어 측정 대상 위치에 연결됩니다. 1차 코일에 여자 전압이 인가되고 2차 코일에 전자기력(EMF)이 유도됩니다. 회전 전압 차동 변압기(RVDT)는 동일한 기술을 사용하여 회전 위치를 추적합니다. LVDT 및 RVDT 센서는 우수한 정확도, 선형성, 분해능 및 높은 감도를 제공합니다. 이 센서는 마찰이 없으며 열악한 환경에서 사용할 수 있도록 밀봉할 수 있습니다.
와전류 위치 센서는 전도성 물체와 함께 작동합니다. 와전류는 변화하는 자기장이 있는 전도성 재료에서 발생하는 유도 전류입니다. 이러한 전류는 폐쇄 루프에서 흐르고 2차 자기장을 생성합니다. 와전류 센서는 코일과 선형화 회로로 구성됩니다. 교류는 코일에 에너지를 공급하여 1차 자기장을 생성합니다. 물체가 코일에 접근하거나 코일에서 멀어지면 물체의 위치는 코일에 영향을 미치는 와전류에 의해 생성된 2차 필드의 상호 작용을 사용하여 감지할 수 있습니다. 물체가 코일에 가까워지면 와전류 손실이 증가하고 발진 전압이 작아집니다(그림 2). 발진 전압은 선형화 회로에 의해 정류되고 처리되어 물체의 거리에 비례하는 선형 DC 출력을 생성합니다.
와전류 장치는 일반적으로 근접 센서로 사용되는 견고한 비접촉 장치입니다. 전방향성이며 물체까지의 상대 거리를 결정할 수 있지만 물체까지의 방향이나 절대 거리는 결정할 수 없습니다.
이름에서 알 수 있듯이 정전 용량 위치 센서는 감지되는 물체의 위치를 ​​결정하기 위해 정전 용량의 변화를 측정합니다. 이러한 비접촉 센서는 선형 또는 회전 위치를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 이 센서는 유전체로 분리된 두 개의 플레이트로 구성되며 다음 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 물체의 위치를 ​​감지합니다.
유전율의 변화를 일으키기 위해서는 위치를 검출하고자 하는 물체를 유전체에 붙인다. 유전체가 이동함에 따라 유전체의 면적과 공기의 유전율의 조합으로 인해 축전기의 유효 유전율이 변한다.
정전용량형 센서는 물체의 변위, 거리, 위치 및 두께를 측정할 수 있습니다. 신호 안정성과 분해능이 높기 때문에 정전용량형 변위 센서는 실험실 및 산업 환경에서 사용됩니다. 예를 들어 정전용량형 센서는 자동화 공정에서 필름 두께 및 접착제 적용을 측정하는 데 사용됩니다.
자기변형은 자기장이 가해질 때 재료의 크기나 모양이 변하게 하는 강자성 재료의 특성입니다. 자기변형 위치 센서에서는 이동 가능한 위치 자석이 측정 대상에 부착됩니다. 이것은 전류 펄스를 전달하는 와이어로 구성된 도파관으로 구성되며 도파관 끝에 있는 센서에 연결됩니다(그림 3). 전류 펄스가 도파관 아래로 전송되면 와이어에 자기장이 생성되어 영구 자석의 축방향 자기장(자석에 있는 자석)과 상호 작용합니다. 실린더 피스톤, 그림 3a). 필드 상호 작용은 와이어를 변형시키는 비틀림(Wiedemann 효과)에 의해 발생하여 도파관을 따라 전파되고 도파관 끝의 센서에 의해 감지되는 음향 펄스를 생성합니다(그림 3b). 현재 펄스의 시작과 음향 펄스 감지 사이의 경과 시간을 측정하여 위치 자석의 상대 위치와 따라서 물체를 측정할 수 있습니다(그림 3b).3c).
자왜 위치 센서는 선형 위치를 감지하는 데 사용되는 비접촉식 센서입니다. 도파관은 종종 스테인리스 스틸 또는 알루미늄 튜브에 내장되어 이러한 센서를 더럽거나 습한 환경에서 사용할 수 있습니다.
얇고 평평한 도체가 자기장에 놓일 때 흐르는 전류는 도체의 한쪽 면에 축적되어 홀 전압이라는 전위차를 생성하는 경향이 있습니다. 도체의 전류가 일정하면 홀 전압의 크기는 자기장의 강도를 반영합니다. 홀 효과 위치 센서에서 물체는 센서 샤프트에 내장된 자석에 연결됩니다. 물체가 이동함에 따라 자석의 위치가 홀 요소에 대해 상대적으로 변경되어 홀 전압이 변경됩니다. 홀 전압을 측정하여 물체의 위치를 ​​결정할 수 있습니다. .3차원 위치를 결정할 수 있는 특수 홀 효과 위치 센서가 있습니다(그림 4). 홀 효과 위치 센서는 높은 신뢰성과 빠른 감지를 제공하고 넓은 온도 범위에서 작동하는 비접촉식 장치입니다. 이 센서는 다양한 소비자 가전, 산업, 자동차 및 의료 응용 분야에 사용됩니다.
광섬유 센서에는 두 가지 기본 유형이 있습니다. 고유 광섬유 센서에서는 광섬유가 감지 요소로 사용됩니다. 외부 광섬유 센서에서는 광섬유가 다른 센서 기술과 결합되어 처리를 위해 신호를 원격 전자 장치에 중계합니다. 고유 광섬유 위치 측정의 경우 광학 시간 도메인 반사계와 같은 장치를 사용하여 시간 지연을 결정할 수 있습니다. 파장 이동은 광학 주파수 도메인 반사계를 구현하는 기기를 사용하여 계산할 수 있습니다. 광섬유 센서는 전자기 간섭에 대한 내성이 있으며 고온에서 작동하도록 설계될 수 있습니다. , 비전도성이므로 고압 또는 가연성 물질 근처에서 사용할 수 있습니다.
광섬유 브래그 격자(FBG) 기술을 기반으로 하는 또 다른 광섬유 감지는 위치 측정에도 사용할 수 있습니다. FBG는 노치 필터 역할을 하여 광역 스펙트럼 빛으로 조명될 때 브래그 파장(λB)에 집중된 빛의 작은 부분을 반사합니다. FBG는 온도, 변형, 압력, 기울기, 변위, 가속 및 하중과 같은 다양한 매개변수를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
광학 인코더라고도 하는 광학 위치 센서에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 빛이 센서의 다른 쪽 끝에 있는 수신기로 전송되는 것입니다. 두 번째 유형에서는 방출된 빛 신호가 모니터링 대상에 의해 반사되어 광원으로 돌아갑니다. 센서 설계에 따라 파장, 강도, 위상 또는 편광과 같은 빛 속성의 변화를 사용하여 물체의 위치를 ​​결정합니다. 인코더 기반 광학 위치 센서는 선형 및 회전 운동에 사용할 수 있습니다. 이러한 센서는 세 가지 주요 범주로 나뉩니다.투과형 광학 인코더, 반사형 광학 인코더 및 간섭 광학 인코더.
초음파 위치 센서는 압전 결정 변환기를 사용하여 고주파 초음파를 방출합니다. 이 센서는 반사된 소리를 측정합니다. 초음파 센서는 단순한 근접 센서로 사용하거나 보다 복잡한 디자인으로 범위 정보를 제공할 수 있습니다. 초음파 위치 센서는 다양한 재료 및 표면 기능의 대상 물체와 함께 작동하며 다른 많은 유형의 위치 센서보다 더 먼 거리에 있는 작은 물체를 감지할 수 있습니다. 진동, 주변 소음, 적외선 방사 및 전자기 간섭에 강합니다. 초음파 위치 센서를 사용하는 응용 프로그램의 예로는 액체 레벨 감지, 물체, 로봇 내비게이션 시스템 및 자동차 감지. 일반적인 자동차 초음파 센서는 플라스틱 하우징, 추가 막이 있는 압전 트랜스듀서, 신호를 전송, 수신 및 처리하기 위한 전자 회로 및 마이크로 컨트롤러가 있는 인쇄 회로 기판으로 구성됩니다(그림 5).
위치 센서는 물체의 절대 또는 상대 선형, 회전 및 각도 동작을 측정할 수 있습니다. 위치 센서는 액추에이터 또는 모터와 같은 장치의 움직임을 측정할 수 있습니다. 위치 센서는 로봇 및 자동차와 같은 모바일 플랫폼에도 사용됩니다. 환경 내구성, 비용, 정확도, 반복성 및 기타 특성의 다양한 조합을 통해 위치 센서에는 다양한 기술이 사용됩니다.
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