Fra robotdrevne drivkjeder til transportbånd i forsyningskjedeoperasjoner til svaiingen av vindturbintårn, posisjonsføling er en kritisk funksjon i et bredt spekter av applikasjoner. Det kan ha mange former, inkludert lineære, roterende, vinkel-, absolutte, inkrementelle, kontakt- og berøringsfrie sensorer. Spesialiserte sensorer har blitt utviklet i tredimensjonale sanseteknologier som kan bestemme posisjoner, potensielle kanaler og posisjoner i kanaler. dy-strøm, kapasitiv, magnetostriktiv, Hall-effekt, fiberoptisk, optisk og ultralyd.
Denne FAQ gir en kort introduksjon til de ulike formene for posisjonsregistrering, og gjennomgår deretter en rekke teknologier som designere kan velge mellom når de implementerer en posisjonsfølingsløsning.
Potensiometriske posisjonssensorer er motstandsbaserte enheter som kombinerer et fast resistivt spor med en vindusvisker festet til objektet hvis posisjon må detekteres. Bevegelsen av objektet beveger viskeren langs sporet. Posisjonen til objektet måles ved å bruke et spenningsdelernettverk dannet av skinner og vindusviskere for å måle lineær eller rotasjonsbevegelse med en fast DC-spenning, men har generelt lav kostnadsnøyaktighet, og har generelt lav nøyaktighet, likespenning1). .
Induktive posisjonssensorer utnytter endringer i egenskapene til magnetfeltet indusert i sensorspolen. Avhengig av deres arkitektur kan de måle lineære eller rotasjonsposisjoner.Linear Variable Differential Transformer (LVDT) posisjonssensorer bruker tre spoler viklet rundt et hult rør;en primærspole og to sekundære spoler. Spolene er koblet i serie, og faseforholdet til sekundærspolen er 180° ut av fase i forhold til primærspolen. En ferromagnetisk kjerne kalt ankeret er plassert inne i røret og koblet til objektet på stedet som måles. En eksitasjonsspenning påføres primærspolen og en elektromagnetisk forskjell i sekundærspenningen induseres i sekundærspenningen (EMF). ary coils, den relative posisjonen til ankeret og hva det er festet til kan bestemmes.En roterende spenningsdifferensialtransformator (RVDT) bruker samme teknikk for å spore roterende posisjon.LVDT- og RVDT-sensorer gir god nøyaktighet, linearitet, oppløsning og høy følsomhet.De er friksjonsfrie og kan forsegles for bruk i tøffe miljøer.
Virvelstrømposisjonssensorer fungerer med ledende objekter.Hvirvelstrømmer er induserte strømmer som oppstår i ledende materialer i nærvær av et skiftende magnetfelt.Disse strømmene flyter i en lukket sløyfe og genererer et sekundært magnetfelt.Hvirvelstrømsensorer består av spoler og lineariseringskretser.Vekselstrømmen energiserer spolen for å skape det primære magnetiske tilnærmingsfeltet ved hjelp av dens primære magnetiske tilnærmingsposisjon. sekundærfeltet som produseres av virvelstrømmer, som påvirker spolens impedans.Når objektet kommer nærmere spolen, øker virvelstrømtapene og oscillerende spenningen blir mindre (Figur 2).Svingningsspenningen utliknes og behandles av en lineariseringskrets for å produsere en lineær DC-utgang proporsjonal med avstanden til objektet.
Virvelstrømenheter er robuste, berøringsfrie enheter som vanligvis brukes som nærhetssensorer. De er rundstrålende og kan bestemme den relative avstanden til objektet, men ikke retningen eller den absolutte avstanden til objektet.
Som navnet antyder, måler kapasitive posisjonssensorer endringer i kapasitans for å bestemme posisjonen til objektet som detekteres. Disse berøringsfrie sensorene kan brukes til å måle lineær eller rotasjonsposisjon. De består av to plater atskilt av et dielektrisk materiale og bruker en av to metoder for å oppdage posisjonen til et objekt:
For å forårsake en endring i dielektrisitetskonstanten, festes objektet hvis posisjon skal detekteres til det dielektriske materialet. Når det dielektriske materialet beveger seg, endres den effektive dielektriske konstanten til kondensatoren på grunn av kombinasjonen av arealet til det dielektriske materialet og dielektrisitetskonstanten til luft. Alternativt kan objektet kobles til en av kondensatorplatene og lukker kondensatoren, flytter objektet seg langt inn. ance brukes til å bestemme den relative posisjonen.
Kapasitive sensorer kan måle forskyvning, avstand, posisjon og tykkelse av objekter. På grunn av deres høye signalstabilitet og oppløsning, brukes kapasitive forskyvningssensorer i laboratorie- og industrimiljøer. For eksempel brukes kapasitive sensorer til å måle filmtykkelse og limapplikasjoner i automatiserte prosesser. I industrielle maskiner brukes de til å overvåke forskyvning og verktøyposisjon.
Magnetostriksjon er en egenskap ved ferromagnetiske materialer som får materialet til å endre størrelse eller form når et magnetisk felt påføres. I en magnetostriktiv posisjonssensor er en bevegelig posisjonsmagnet festet til objektet som måles. Den består av en bølgeleder som består av ledninger som bærer strømpulser, koblet til en sensor som er plassert i enden av bølgelederen (Figur 3 er en magnetisk pulsleder som er sendt ned i bølgelederen). ledning som samvirker med det aksiale magnetiske feltet til permanentmagneten (magneten i sylinderstempelet, figur 3a). Feltinteraksjonen er forårsaket av vridning (Wiedemann-effekten), som belaster ledningen, og produserer en akustisk puls som forplanter seg langs bølgelederen og detekteres av en sensor ved enden av bølgelederen til bølgelederen (Fig. e og deteksjonen av den akustiske pulsen, den relative posisjonen til posisjonsmagneten og derfor objektet kan måles (fig.3c).
Magnetostriktive posisjonssensorer er berøringsfrie sensorer som brukes til å oppdage lineær posisjon. Bølgeledere er ofte plassert i rør av rustfritt stål eller aluminium, noe som gjør at disse sensorene kan brukes i skitne eller våte omgivelser.
Når en tynn, flat leder plasseres i et magnetfelt, har enhver strøm som flyter en tendens til å bygge seg opp på den ene siden av lederen, og skaper en potensiell forskjell som kalles Hall-spenningen. Hvis strømmen i lederen er konstant, vil størrelsen på Hall-spenningen reflektere styrken til magnetfeltet. I en Hall-effekt posisjonssensor, er objektet koblet til en magnet som er plassert i magnetens aksel, endres det relative posisjonen til en sensoraksel. endring av Hall-spenning.Ved å måle Hall-spenningen kan posisjonen til et objekt bestemmes.Det finnes spesialiserte Hall-effekt posisjonssensorer som kan bestemme posisjon i tre dimensjoner (Figur 4). Hall-effekt posisjonssensorer er berøringsfrie enheter som gir høy pålitelighet og rask sensing, og opererer over et bredt temperaturområde.De brukes i en rekke forbruker-, industrielle og automotive applikasjoner.
Det er to grunnleggende typer fiberoptiske sensorer. I intrinsiske fiberoptiske sensorer brukes fiberen som sensorelement. I eksterne fiberoptiske sensorer er fiberoptikk kombinert med en annen sensorteknologi for å videresende signalet til ekstern elektronikk for prosessering. Ved egen fiberposisjonsmåling kan en enhet som et optisk tidsdomene reflektometer brukes til å bestemme den frekalkylerte tidsforskyvningen og en fre-lengde-forskyvning. quency domain reflectometer.Fiberoptiske sensorer er immune mot elektromagnetisk interferens, kan utformes for å fungere ved høye temperaturer og er ikke-ledende, så de kan brukes i nærheten av høyt trykk eller brennbare materialer.
En annen fiberoptisk sensing basert på fiber Bragg grating (FBG) teknologi kan også brukes til posisjonsmåling. FBG fungerer som et hakkfilter, som reflekterer en liten brøkdel av lyset sentrert på Bragg-bølgelengden (λB) når det belyses av bredspektret lys. Den er fremstilt med mikrostrukturer etset inn i fiberkjernen, som f.eks. kan måle temperaturparametere for å fortrenge, G, fortrenge trykk. ment, akselerasjon og belastning.
Det finnes to typer optiske posisjonssensorer, også kjent som optiske kodere. I ett tilfelle sendes lys til en mottaker i den andre enden av sensoren. I den andre typen blir det utsendte lyssignalet reflektert av det overvåkede objektet og returnert til lyskilden. Avhengig av sensordesignet, er endringer i lysegenskaper, som bølgelengde, intensitet, fase eller polariseringsposisjon tilgjengelig for en lineær posisjon for et objekt. og roterende bevegelse. Disse sensorene faller inn i tre hovedkategorier;transmissive optiske kodere, reflekterende optiske kodere og interferometriske optiske kodere.
Ultralydposisjonssensorer bruker piezoelektriske krystalltransdusere for å sende ut høyfrekvente ultralydbølger. Sensoren måler den reflekterte lyden. Ultralydsensorer kan brukes som enkle nærhetssensorer, eller mer komplekse design kan gi informasjon om avstander. Ultralydposisjonssensorer fungerer med målobjekter av en rekke materialer og overflatefunksjoner, og kan oppdage andre typer vibrasjonsmotstander enn mange andre typer avstandsmotstand. , omgivelsesstøy, infrarød stråling og elektromagnetisk interferens.Eksempler på bruksområder som bruker ultralydposisjonssensorer inkluderer væskenivådeteksjon, høyhastighets telling av objekter, robotbaserte navigasjonssystemer og bilsensorer. En typisk automotive ultralydsensor består av et plasthus, en piezoelektrisk transduser med et ekstra trykkkretskort og transmitterkort for mikrokontroller og transmitter for mikrokontroller, ing-signaler (Figur 5).
Posisjonssensorer kan måle absolutt eller relativ lineær, rotasjons- og vinkelbevegelse av objekter. Posisjonssensorer kan måle bevegelsen til enheter som aktuatorer eller motorer. De brukes også i mobile plattformer som roboter og biler. En rekke teknologier brukes i posisjonssensorer med ulike kombinasjoner av miljømessig holdbarhet, kostnader, nøyaktighet, repeterbarhet og andre egenskaper.
3D Magnetic Position Sensors, Allegro MicrosystemsAnalyzing and Enhancing the Security of Ultrasonic Sensors for Autonomous Vehicles, IEEE Internet of Things Journal Hvordan velge en posisjonssensor, Cambridge Integrated CircuitsPosisjonssensortyper, Ixthus InstrumentationHva er en induktiv posisjonssensor?, Keyence Hva er Sennetostrictive Position?
Bla gjennom de siste utgavene av Design World og tidligere utgaver i et brukervennlig, høykvalitetsformat. Rediger, del og last ned i dag med det ledende magasinet for designteknikk.
Verdens beste problemløsende EE-forum som dekker mikrokontrollere, DSP, nettverk, analog og digital design, RF, kraftelektronikk, PCB-ruting og mer
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.alle rettigheter reservert. Materialet på denne siden kan ikke reproduseres, distribueres, overføres, bufres eller på annen måte brukes uten skriftlig forhåndstillatelse fra WTWH MediaPersonvernerklæring |Reklame |Om oss