Od robotických hnacích reťazí cez dopravníkové pásy v operáciách dodávateľského reťazca až po kývanie veží veterných turbín je snímanie polohy kritickou funkciou v širokom spektre aplikácií. Môže mať mnoho podôb, vrátane lineárnych, rotačných, uhlových, absolútnych, inkrementálnych, kontaktných a bezkontaktných snímačov. Boli vyvinuté špeciálne snímače, ktoré dokážu určiť polohu v troch rozmeroch, magnetoelektrické, kapacitné technológie snímania prúdu v technológiách s magnetickým, capacimetrickým prúdom , optické, optické a ultrazvukové.
Táto často kladená otázka poskytuje krátky úvod do rôznych foriem snímania polohy a následne uvádza celý rad technológií, z ktorých si môžu dizajnéri vybrať pri implementácii riešenia snímania polohy.
Potenciometrické snímače polohy sú zariadenia založené na odpore, ktoré kombinujú pevnú odporovú dráhu so stieračom pripevneným k objektu, ktorého polohu je potrebné snímať. Pohyb objektu pohybuje stieračom po dráhe. Poloha objektu sa meria pomocou siete deliča napätia tvorenej koľajnicami a stieračmi na meranie lineárneho alebo rotačného pohybu s pevným jednosmerným napätím (obrázok 1). Potenciometrické snímače sú vo všeobecnosti lacné a majú nízku opakovateľnosť.
Indukčné snímače polohy využívajú zmeny vlastností magnetického poľa indukovaného v cievke snímača. V závislosti od architektúry môžu merať lineárne alebo rotačné polohy. Snímače polohy s lineárnym variabilným diferenciálnym transformátorom (LVDT) používajú tri cievky omotané okolo dutej trubice;primárnu cievku a dve sekundárne cievky.Cievky sú zapojené do série a fázový vzťah sekundárnej cievky je o 180° fázovo posunutý vzhľadom na primárnu cievku.Feromagnetické jadro nazývané kotva je umiestnené vo vnútri trubice a pripojené k objektu v mieste merania.Na primárnu cievku sa aplikuje budiace napätie a medzi sekundárnym ramenom cievky sa indukuje elektromagnetická sila (EMF), meracia rozdiel napätia v sekundárnej cievkeB. Otočný napäťový diferenciálny transformátor (RVDT) používa rovnakú techniku ​​na sledovanie polohy otáčania. Snímače LVDT a RVDT ponúkajú dobrú presnosť, linearitu, rozlíšenie a vysokú citlivosť. Nemajú trenie a môžu byť utesnené na použitie v drsnom prostredí.
Snímače polohy vírivých prúdov pracujú s vodivými predmetmi.Vírivé prúdy sú indukované prúdy, ktoré sa vyskytujú vo vodivých materiáloch v prítomnosti meniaceho sa magnetického poľa. Tieto prúdy tečú v uzavretej slučke a generujú sekundárne magnetické pole.Snímače vírivých prúdov pozostávajú z cievok a linearizačných obvodov. Striedavý prúd napája cievku a vytvára tak primárne magnetické pole. Keď sa predmet môže priblížiť alebo oddialiť od interakcie vytvoreného primárneho magnetického poľa. , čo ovplyvňuje impedanciu cievky. Keď sa objekt približuje k cievke, straty vírivými prúdmi sa zvyšujú a oscilačné napätie sa zmenšuje (obrázok 2). Oscilačné napätie je usmernené a spracované obvodom linearizátora, aby sa vytvoril lineárny jednosmerný výstup úmerný vzdialenosti objektu.
Zariadenia na vírivý prúd sú odolné, bezkontaktné zariadenia, ktoré sa zvyčajne používajú ako snímače priblíženia. Sú všesmerové a dokážu určiť relatívnu vzdialenosť k objektu, ale nie smer alebo absolútnu vzdialenosť k objektu.
Ako už názov napovedá, kapacitné snímače polohy merajú zmeny kapacity na určenie polohy snímaného objektu. Tieto bezkontaktné snímače možno použiť na meranie lineárnej alebo rotačnej polohy. Pozostávajú z dvoch dosiek oddelených dielektrickým materiálom a používajú jednu z dvoch metód na zistenie polohy objektu:
Aby sa spôsobila zmena dielektrickej konštanty, objekt, ktorého poloha má byť detekovaná, sa pripevní k dielektrickému materiálu. Pri pohybe dielektrického materiálu sa mení efektívna dielektrická konštanta kondenzátora v dôsledku kombinácie plochy dielektrického materiálu a dielektrickej konštanty vzduchu. Prípadne je možné objekt pripojiť k jednej z kondenzátorových dosiek, čím sa relatívna poloha objektu približuje alebo sa približuje k doske.
Kapacitné snímače dokážu merať posun, vzdialenosť, polohu a hrúbku predmetov.Vďaka svojej vysokej stabilite signálu a rozlíšeniu sa kapacitné snímače používajú v laboratórnych a priemyselných prostrediach.Napríklad kapacitné snímače sa používajú na meranie hrúbky filmu a adhezívnych aplikácií v automatizovaných procesoch.V priemyselných strojoch sa používajú na monitorovanie posunutia a polohy nástroja.
Magnetostrikcia je vlastnosť feromagnetických materiálov, ktorá spôsobuje, že materiál pri pôsobení magnetického poľa mení svoju veľkosť alebo tvar. V magnetostrikčnom snímači polohy je pohyblivý polohový magnet pripevnený k meranému predmetu. Pozostáva z vlnovodu, ktorý sa skladá z drôtov, ktoré prenášajú prúdové impulzy, spojeného so snímačom umiestneným na konci vlnovodu (obrázok 3). Keď prúdový impulz vytvorí magnetické pole, vyšle sa do magnetického poľa magnetické pole. (magnet vo valcovom pieste, obr. 3a). Interakcia poľa je spôsobená krútením (Wiedemannov jav), ktorý napína drôt a vytvára akustický impulz, ktorý sa šíri pozdĺž vlnovodu a je detegovaný snímačom na konci vlnovodu (obr. 3b). Meraním času, ktorý uplynie medzi iniciáciou aktuálneho impulzu a detekciou akustického impulzu, môže byť meraná poloha akustického impulzu a teda relatívna poloha magnetu.3c).
Magnetostrikčné snímače polohy sú bezkontaktné snímače používané na detekciu lineárnej polohy. Vlnovody sú často umiestnené v nerezových alebo hliníkových rúrkach, čo umožňuje použitie týchto snímačov v špinavom alebo mokrom prostredí.
Keď je tenký plochý vodič umiestnený do magnetického poľa, akýkoľvek prúd, ktorý preteká, má tendenciu hromadiť sa na jednej strane vodiča, čím sa vytvára potenciálny rozdiel nazývaný Hallovo napätie. Ak je prúd vo vodiči konštantný, veľkosť Hallovho napätia bude odrážať silu magnetického poľa. V senzore polohy s Hallovým efektom je objekt pripojený k magnetu umiestnenému v hriadeli senzora. Keď sa objekt pohybuje, mení sa relatívna poloha Hallovho prvku voči Hallovmu napätiu. objektu možno určiť.Existujú špecializované snímače polohy s Hallovým efektom, ktoré dokážu určiť polohu v troch rozmeroch (obrázok 4). Snímače polohy s Hallovým efektom sú bezkontaktné zariadenia, ktoré poskytujú vysokú spoľahlivosť a rýchle snímanie a pracujú v širokom rozsahu teplôt. Používajú sa v rôznych spotrebiteľských, priemyselných, automobilových a medicínskych aplikáciách.
Existujú dva základné typy snímačov s optickými vláknami. Vo vnútorných optických snímačoch sa vlákno používa ako snímací prvok. Vo vonkajších optických snímačoch je vláknová optika kombinovaná s inou technológiou snímača na prenos signálu do vzdialenej elektroniky na spracovanie. V prípade vlastného merania polohy vlákna je možné použiť zariadenie, ako je optický reflektometer v časovej doméne, ktorý možno použiť na určenie časového posunu reflektometra, pomocou ktorého je možné vypočítať oneskorenie vlnovej dĺžky. odolné voči elektromagnetickému rušeniu, môžu byť navrhnuté tak, aby fungovali pri vysokých teplotách a sú nevodivé, takže ich možno použiť v blízkosti vysokotlakových alebo horľavých materiálov.
Na meranie polohy možno použiť aj iné optické snímanie založené na technológii vláknovej Braggovej mriežky (FBG). FBG funguje ako zárezový filter, ktorý odráža malú časť svetla sústredeného na Braggovej vlnovej dĺžke (λB), keď je osvetlený širokospektrálnym svetlom. Je vyrobený s mikroštruktúrami vyleptanými do jadra vlákna. FBG je možné použiť na meranie teploty, tlaku, napätia a rôznych parametrov naklonenia, napätia a napätia.
Existujú dva typy senzorov optickej polohy, známe tiež ako optické kódovače. lineárny a rotačný pohyb. Tieto senzory spadajú do troch hlavných kategórií;transmisné optické kódovače, reflexné optické kódovače a interferometrické optické kódovače.
Ultrazvukové snímače polohy využívajú piezoelektrické kryštálové prevodníky na vyžarovanie vysokofrekvenčných ultrazvukových vĺn. Snímač meria odrazený zvuk. Ultrazvukové snímače môžu byť použité ako jednoduché snímače priblíženia alebo zložitejšie konštrukcie môžu poskytovať informácie o rozsahu. Ultrazvukové snímače polohy pracujú s cieľovými objektmi z rôznych materiálov a povrchových vlastností a dokážu detegovať malé predmety na väčšie vzdialenosti než mnohé iné typy snímačov polohy voči infračervenému a elektromagnetickému rušeniu. aplikácie využívajúce ultrazvukové snímače polohy zahŕňajú detekciu hladiny kvapaliny, vysokorýchlostné počítanie objektov, robotické navigačné systémy a automobilové snímanie. Typický automobilový ultrazvukový snímač pozostáva z plastového krytu, piezoelektrického prevodníka s prídavnou membránou a dosky plošných spojov s elektronickými obvodmi a mikrokontrolérmi na prenos, príjem a spracovanie signálov (obrázok 5).
Snímače polohy môžu merať absolútny alebo relatívny lineárny, rotačný a uhlový pohyb objektov. Snímače polohy môžu merať pohyb zariadení, ako sú aktuátory alebo motory. Používajú sa aj v mobilných platformách, ako sú roboty a autá. V snímačoch polohy sa používajú rôzne technológie s rôznymi kombináciami environmentálnej odolnosti, ceny, presnosti, opakovateľnosti a iných atribútov.
3D magnetické snímače polohy, mikrosystémy Allegro Analýza a zvyšovanie bezpečnosti ultrazvukových snímačov pre autonómne vozidlá, IEEE Internet of Things Journal Ako vybrať snímač polohy, Cambridge Integrated Circuits Typy snímačov polohy, Ixthus InstrumentationČo je indukčný snímač polohy?, Keyence Čo je magnetostrikčné snímanie polohy?, AMETET
Prezrite si najnovšie čísla časopisu Design World a predchádzajúce čísla v ľahko použiteľnom a vysokokvalitnom formáte. Upravujte, zdieľajte a sťahujte ešte dnes s popredným časopisom o dizajne.
Najlepšie svetové fórum EE na riešenie problémov pokrývajúce mikrokontroléry, DSP, sieťovanie, analógový a digitálny dizajn, RF, výkonovú elektroniku, smerovanie PCB a ďalšie
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.všetky práva vyhradené.Materiál na tejto stránke sa nesmie reprodukovať, distribuovať, prenášať, ukladať do vyrovnávacej pamäte ani inak používať bez predchádzajúceho písomného súhlasu WTWH MediaPrivacy Policy |Inzercia |O nás