От роботизированных приводных цепей до конвейерных лент в операциях цепочки поставок и раскачивания башен ветряных турбин определение положения является важной функцией в широком диапазоне приложений. Оно может принимать различные формы, включая линейные, вращательные, угловые, абсолютные, инкрементальные, контактные и бесконтактные датчики. Были разработаны специальные датчики, которые могут определять положение в трех измерениях. , оптические и ультразвуковые.
В этом FAQ представлено краткое введение в различные формы определения положения, а затем рассмотрен ряд технологий, которые разработчики могут выбрать при реализации решения для определения положения.
Потенциометрические датчики положения представляют собой устройства, основанные на сопротивлении, которые сочетают в себе фиксированную резистивную дорожку с скользящим датчиком, прикрепленным к объекту, положение которого необходимо определить. Движение объекта перемещает скользящий датчик вдоль пути. Положение объекта измеряется с помощью сети делителей напряжения, образованной рельсами и скользящими элементами для измерения линейного или вращательного движения с фиксированным напряжением постоянного тока (рис. 1). Потенциометрические датчики недороги, но, как правило, имеют низкую точность и воспроизводимость.
Индуктивные датчики положения используют изменения свойств магнитного поля, индуцированного в катушке датчика. В зависимости от их архитектуры они могут измерять линейные или угловые положения. В датчиках положения с линейным дифференциальным преобразователем (LVDT) используются три катушки, намотанные на полую трубку;Первичная катушка и две вторичные катушки. Катушки соединены последовательно, а соотношение фаз вторичной катушки сдвинуто по фазе на 180° по отношению к первичной катушке. Ферромагнитный сердечник, называемый якорем, помещается внутрь трубки и соединяется с объектом в месте измерения. К первичной катушке прикладывается напряжение возбуждения, а во вторичной катушке индуцируется электромагнитная сила (ЭДС). Дифференциальный трансформатор вращающегося напряжения (RVDT) использует тот же метод для отслеживания положения вращения. Датчики LVDT и RVDT обеспечивают хорошую точность, линейность, разрешение и высокую чувствительность. Они не имеют трения и могут быть герметизированы для использования в суровых условиях.
Вихретоковые датчики положения работают с проводящими объектами. Вихревые токи — это наведенные токи, возникающие в проводящих материалах в присутствии изменяющегося магнитного поля. Эти токи протекают по замкнутому контуру и создают вторичное магнитное поле. Вихретоковые датчики состоят из катушек и схем линеаризации. Переменный ток возбуждает катушку для создания первичного магнитного поля. импеданс. По мере приближения объекта к катушке потери на вихревые токи увеличиваются, а колебательное напряжение уменьшается (рис. 2). Осциллирующее напряжение выпрямляется и обрабатывается схемой линеаризатора для получения линейного выходного постоянного тока, пропорционального расстоянию до объекта.
Вихретоковые устройства представляют собой прочные бесконтактные устройства, обычно используемые в качестве датчиков приближения. Они являются всенаправленными и могут определять относительное расстояние до объекта, но не направление или абсолютное расстояние до объекта.
Как следует из названия, емкостные датчики положения измеряют изменения емкости для определения положения измеряемого объекта. Эти бесконтактные датчики можно использовать для измерения линейного или вращательного положения. Они состоят из двух пластин, разделенных диэлектрическим материалом, и используют один из двух методов для определения положения объекта:
Чтобы вызвать изменение диэлектрической проницаемости, объект, положение которого необходимо определить, прикрепляют к диэлектрическому материалу. По мере движения диэлектрического материала эффективная диэлектрическая проницаемость конденсатора изменяется из-за комбинации площади диэлектрического материала и диэлектрической проницаемости воздуха. В качестве альтернативы объект может быть подключен к одной из пластин конденсатора. По мере движения объекта пластины перемещаются ближе или дальше, и изменение емкости используется для определения относительного положения.
Емкостные датчики могут измерять смещение, расстояние, положение и толщину объектов. Благодаря высокой стабильности сигнала и разрешению емкостные датчики смещения используются в лабораторных и промышленных условиях. Например, емкостные датчики используются для измерения толщины пленки и нанесения клея в автоматизированных процессах. В промышленных машинах они используются для контроля смещения и положения инструмента.
Магнитострикция - это свойство ферромагнитных материалов, которое заставляет материал изменять свой размер или форму при приложении магнитного поля. В магнитострикционном датчике положения подвижный магнит положения прикреплен к измеряемому объекту. Он состоит из волновода, состоящего из проводов, по которым проходят импульсы тока, подключенного к датчику, расположенному на конце волновода (рис. 3). (магнит в цилиндрическом поршне, рис. 3а). Взаимодействие полей вызвано скручиванием (эффект Видемана), которое натягивает проволоку, создавая акустический импульс, который распространяется вдоль волновода и регистрируется датчиком на конце волновода (рис. 3б). Путем измерения времени, прошедшего между инициированием импульса тока и обнаружением акустического импульса, можно измерить относительное положение позиционного магнита и, следовательно, объекта (рис.3с).
Магнитострикционные датчики положения — это бесконтактные датчики, используемые для определения линейного положения. Волноводы часто размещаются в трубках из нержавеющей стали или алюминия, что позволяет использовать эти датчики в грязных или влажных средах.
Когда тонкий плоский проводник помещается в магнитное поле, любой протекающий ток имеет тенденцию накапливаться на одной стороне проводника, создавая разность потенциалов, называемую напряжением Холла. Если ток в проводнике постоянен, величина напряжения Холла будет отражать силу магнитного поля. объект может быть определен. Существуют специализированные датчики положения на эффекте Холла, которые могут определять положение в трех измерениях (рис. 4). Датчики положения на эффекте Холла — это бесконтактные устройства, которые обеспечивают высокую надежность и быстроту обнаружения и работают в широком диапазоне температур. Они используются в ряде потребительских, промышленных, автомобильных и медицинских приложений.
Существует два основных типа волоконно-оптических датчиков. Во внутренних волоконно-оптических датчиках волокно используется в качестве чувствительного элемента. Во внешних волоконно-оптических датчиках волоконная оптика сочетается с другой сенсорной технологией для передачи сигнала на удаленную электронику для обработки. температуры и непроводящие, поэтому их можно использовать вблизи высокого давления или легковоспламеняющихся материалов.
Другое волоконно-оптическое зондирование, основанное на технологии волоконной брэгговской решетки (ВБР), также может использоваться для измерения положения. ВБР действует как режекторный фильтр, отражая небольшую часть света с центром на длине волны Брэгга (λB) при освещении светом широкого спектра. Он изготовлен из микроструктур, выгравированных в сердцевине волокна. ВБР можно использовать для измерения различных параметров, таких как температура, деформация, давление, наклон, смещение, ускорение и нагрузка.
Существует два типа оптических датчиков положения, также известных как оптические энкодеры. В одном случае свет направляется на приемник на другом конце датчика. Во втором случае излучаемый световой сигнал отражается контролируемым объектом и возвращается к источнику света. В зависимости от конструкции датчика изменения свойств света, таких как длина волны, интенсивность, фаза или поляризация, используются для определения положения объекта. Оптические датчики положения на основе энкодера доступны для линейного и вращательного движения.пропускающие оптические энкодеры, отражательные оптические энкодеры и интерферометрические оптические энкодеры.
Ультразвуковые датчики положения используют пьезоэлектрические кристаллические преобразователи для излучения высокочастотных ультразвуковых волн. Датчик измеряет отраженный звук. Ультразвуковые датчики могут использоваться как простые датчики приближения, или более сложные конструкции могут предоставлять информацию о расстоянии. Ультразвуковые датчики положения работают с целевыми объектами из различных материалов и характеристик поверхности и могут обнаруживать небольшие объекты на больших расстояниях, чем многие другие типы датчиков положения. подсчет скорости объектов, роботизированные навигационные системы и автомобильное зондирование. Типовой автомобильный ультразвуковой датчик состоит из пластикового корпуса, пьезоэлектрического преобразователя с дополнительной мембраной и печатной платы с электронными схемами и микроконтроллерами для передачи, приема и обработки сигналов (рис. 5).
Датчики положения могут измерять абсолютное или относительное линейное, вращательное и угловое движение объектов. Датчики положения могут измерять движение таких устройств, как исполнительные механизмы или двигатели. Они также используются в мобильных платформах, таких как роботы и автомобили. В датчиках положения используются различные технологии с различными комбинациями устойчивости к воздействию окружающей среды, стоимости, точности, воспроизводимости и других характеристик.
Трехмерные магнитные датчики положения, Allegro MicrosystemsАнализ и повышение безопасности ультразвуковых датчиков для автономных транспортных средств, IEEE Internet of Things Journal Как выбрать датчик положения, Cambridge Integrated CircuitsТипы датчиков положения, Ixthus InstrumentationЧто такое индуктивный датчик положения?, Keyence What is Magnetostrictive Position Sensing?, AMETEK
Просматривайте последние выпуски журнала Design World и предыдущие выпуски в простом в использовании высококачественном формате. Редактируйте, делитесь и загружайте сегодня с помощью ведущего журнала по проектированию.
Лучший в мире форум по решению проблем EE, охватывающий микроконтроллеры, DSP, сети, аналоговый и цифровой дизайн, радиочастоты, силовую электронику, разводку печатных плат и многое другое.
Copyright © 2022 WTWH Media LLC. Все права защищены. Материалы на этом сайте не могут воспроизводиться, распространяться, передаваться, кэшироваться или использоваться иным образом без предварительного письменного разрешения WTWH Media. Политика конфиденциальности | Реклама |О нас