Från robotdrivna drivkedjor till transportband i försörjningskedjan till svajningen av vindturbintorn, positionsavkänning är en kritisk funktion i ett brett spektrum av applikationer. Det kan ta många former, inklusive linjära, roterande, vinkel-, absoluta, inkrementella, kontakt- och beröringsfria sensorer. Specialiserade sensorer har utvecklats i tredimensionella sensorer, som kan bestämma positioner i tredimensionella sensorer, potentimetriska kanaler. dyström, kapacitiv, magnetostriktiv, Halleffekt, fiberoptik, optisk och ultraljud.
Denna FAQ ger en kort introduktion till de olika formerna av positionsavkänning, och går sedan igenom en rad tekniker som designers kan välja mellan när de implementerar en positionsavkänningslösning.
Potentiometriska positionssensorer är motståndsbaserade enheter som kombinerar ett fast resistivt spår med en torkare fäst vid objektet vars position måste avkännas. Objektets rörelse flyttar torkarna längs spåret. Objektets position mäts genom att använda ett spänningsdelarnätverk som bildas av skenor och torkare för att mäta linjär eller rotationsrörelse med en fast likströmsspänning, men har generellt låg kostnadsmätningsförmåga, men har i allmänhet låga kostnadsmätningar. .
Induktiva positionssensorer använder förändringar i egenskaperna hos magnetfältet som induceras i sensorspolen. Beroende på deras arkitektur kan de mäta linjär eller rotationsposition. Linjära variabel differentialtransformator (LVDT) positionssensorer använder tre spolar lindade runt ett ihåligt rör;en primärspole och två sekundära spolar. Spolarna är seriekopplade, och sekundärspolens fasförhållande är 180° ur fas med avseende på primärspolen. En ferromagnetisk kärna som kallas ankaret placeras inuti röret och ansluts till objektet på den plats som mäts. En excitationsspänning appliceras på primärspolen och en elektromagnetisk spänning induceras i den sekundära spänningen (EMF). arspolar, ankarets relativa läge och vad det är fäst vid kan bestämmas.En roterande spänningsdifferentialtransformator (RVDT) använder samma teknik för att spåra roterande position.LVDT- och RVDT-sensorer erbjuder god noggrannhet, linjäritet, upplösning och hög känslighet.De är friktionsfria och kan tätas för användning i tuffa miljöer.
Virvelströmspositionssensorer arbetar med ledande objekt. Virvelströmmar är inducerade strömmar som uppstår i ledande material i närvaro av ett föränderligt magnetfält. Dessa strömmar flyter i en sluten slinga och genererar ett sekundärt magnetfält. Virvelströmssensorer består av spolar och linjäriseringskretsar. Växelströmmen aktiverar spolen för att skapa det primära magnetiska fältet med hjälp av dess interaktionsposition eller kan förflytta det primära magnetiska fältet från samverkan. det sekundära fältet som produceras av virvelströmmar, vilket påverkar spolens impedans. När objektet kommer närmare spolen ökar virvelströmsförlusterna och oscillerande spänningen blir mindre (Figur 2). Oscillerande spänningen likriktas och bearbetas av en linjäriseringskrets för att producera en linjär DC-utgång som är proportionell mot objektets avstånd.
Virvelströmsenheter är robusta, beröringsfria enheter som vanligtvis används som närhetssensorer. De är rundstrålande och kan bestämma det relativa avståndet till objektet, men inte riktningen eller det absoluta avståndet till objektet.
Som namnet antyder mäter kapacitiva positionssensorer förändringar i kapacitans för att bestämma positionen för objektet som avkänns. Dessa beröringsfria sensorer kan användas för att mäta linjär eller rotationsposition. De består av två plattor som är åtskilda av ett dielektriskt material och använder en av två metoder för att detektera ett objekts position:
För att orsaka en förändring i dielektricitetskonstanten fästs objektet vars position ska detekteras till det dielektriska materialet. När det dielektriska materialet rör sig ändras kondensatorns effektiva dielektriska konstant på grund av kombinationen av arean av det dielektriska materialet och luftens dielektriska konstant. Alternativt kan objektet kopplas till en av kondensatorn, när plattorna förflyttas eller citeras, förflyttas citaten långt. ance används för att bestämma den relativa positionen.
Kapacitiva sensorer kan mäta objekts förskjutning, avstånd, position och tjocklek. På grund av deras höga signalstabilitet och upplösning används kapacitiva sensorer i laboratorie- och industrimiljöer. Till exempel används kapacitiva sensorer för att mäta filmtjocklek och limtillämpningar i automatiserade processer. I industriella maskiner används de för att övervaka förskjutning och verktygsposition.
Magnetostriktion är en egenskap hos ferromagnetiska material som gör att materialet ändrar sin storlek eller form när ett magnetiskt fält appliceras. I en magnetostriktiv positionssensor är en rörlig positionsmagnet fastsatt på objektet som mäts. Den består av en vågledare som består av ledningar som bär strömpulser, kopplad till en sensor som är placerad i änden av vågledaren (Figur 3 är en ström som sänds en magnetisk pulsledare). tråd som samverkar med det axiella magnetfältet hos permanentmagneten (magneten i cylinderkolven, figur 3a). Fältinteraktionen orsakas av vridning (Widemann-effekten), som spänner tråden, producerar en akustisk puls som fortplantar sig längs vågledaren och detekteras av en sensor i slutet av vågledaren (Fig. e och detekteringen av den akustiska pulsen, den relativa positionen för positionsmagneten och därför objektet kan mätas (fig.3c).
Magnetostriktiva positionssensorer är beröringsfria sensorer som används för att detektera linjär position. Vågledare är ofta inrymda i rostfria stål- eller aluminiumrör, vilket gör att dessa sensorer kan användas i smutsiga eller våta miljöer.
När en tunn, platt ledare placeras i ett magnetfält tenderar all ström som flyter att byggas upp på ena sidan av ledaren, vilket skapar en potentialskillnad som kallas Hall-spänningen. Om strömmen i ledaren är konstant, kommer storleken på Hall-spänningen att reflektera styrkan på det magnetiska fältet. I en positionssensor med Hall-effekt är objektet anslutet till en magnet som är inrymd i magnetens axel, så ändras det relativa objektets position i en sensoraxel. ändra Hall-spänningen. Genom att mäta Hall-spänningen kan positionen för ett objekt bestämmas. Det finns specialiserade Hall-effekt positionssensorer som kan bestämma position i tre dimensioner (Figur 4). Hall-effekt positionssensorer är beröringsfria enheter som ger hög tillförlitlighet och snabb avkänning och fungerar över ett brett temperaturområde. De används i en rad konsument-, industri- och biltillämpningar.
Det finns två grundläggande typer av fiberoptiska sensorer. I inbyggda fiberoptiska sensorer används fibern som avkänningselement. I externa fiberoptiska sensorer kombineras fiberoptik med en annan sensorteknik för att vidarebefordra signalen till fjärrelektronik för bearbetning. När det gäller inbyggda fiberpositionsmätningar kan en anordning som en optisk tidsdomän reflektometer användas för att bestämma en våglängds tidsförskjutning med hjälp av en våglängdsförskjutning. frekvensdomänreflektometer. Fiberoptiska sensorer är immuna mot elektromagnetiska störningar, kan designas för att fungera vid höga temperaturer och är icke-ledande, så de kan användas nära högtrycks- eller brandfarliga material.
En annan fiberoptisk avkänning baserad på fiber Bragg grating (FBG) teknologi kan också användas för positionsmätning. FBG fungerar som ett skårfilter, som reflekterar en liten bråkdel av ljuset centrerat på Braggs våglängd (λB) när det belyses av brett spektrum ljus. Den är tillverkad med mikrostrukturer etsade in i fiberns kärna, som kan användas för att mäta olika temperaturparametrar, G kan användas för att t.ex. ment, acceleration och belastning.
Det finns två typer av optiska positionssensorer, även kända som optiska kodare. I det ena fallet skickas ljus till en mottagare i andra änden av sensorn. I den andra typen reflekteras den utsända ljussignalen av det övervakade objektet och returneras till ljuskällan. Beroende på sensordesignen används förändringar i ljusegenskaper, såsom våglängd, intensitet, fas- eller polariseringsposition för ett objekts linjära position, för att positionera en linje. och roterande rörelse. Dessa sensorer delas in i tre huvudkategorier;transmissiva optiska kodare, reflekterande optiska kodare och interferometriska optiska kodare.
Ultraljudspositionssensorer använder piezoelektriska kristallomvandlare för att sända ut högfrekventa ultraljudsvågor. Sensorn mäter det reflekterade ljudet. Ultraljudssensorer kan användas som enkla närhetssensorer, eller mer komplexa konstruktioner kan ge varierande information. Ultraljudspositionssensorer arbetar med målobjekt av en mängd olika material och ytor, och kan upptäcka andra typer av vibrationsmotstånd än många andra typer av vibrationsmotstånd. , omgivande buller, infraröd strålning och elektromagnetisk störning. Exempel på tillämpningar som använder ultraljudspositionssensorer inkluderar vätskenivådetektering, höghastighetsräkning av objekt, robotbaserade navigationssystem och fordonsavkänning. En typisk ultraljudssensor för bilar består av ett plasthölje, en piezoelektrisk givare med ett extra kretskort för kretsar och sändarkretsar för kretskort och sändarkretsar, kretskort och sändare. signaler (Figur 5).
Positionssensorer kan mäta absoluta eller relativa linjära, rotations- och vinkelrörelser hos objekt. Positionssensorer kan mäta rörelsen hos enheter som ställdon eller motorer. De används också i mobila plattformar som robotar och bilar. En mängd olika tekniker används i positionssensorer med olika kombinationer av miljömässig hållbarhet, kostnad, noggrannhet, repeterbarhet och andra egenskaper.
3D Magnetic Position Sensors, Allegro Microsystems Analysing and Enhancing the Security of Ultrasonic Sensors for Autonomous Vehicles, IEEE Internet of Things Journal Hur man väljer en positionssensor, Cambridge Integrated CircuitsPositionssensortyper, Ixthus InstrumentationVad är en induktiv positionssensor?, Keyence Vad är Sensetostrictive Position?
Bläddra bland de senaste numren av Design World och tidigare nummer i ett lättanvänt, högkvalitativt format. Redigera, dela och ladda ner idag med den ledande tidningen för designteknik.
Världens bästa problemlösande EE-forum som täcker mikrokontroller, DSP, nätverk, analog och digital design, RF, kraftelektronik, PCB-routing och mer
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.alla rättigheter reserverade. Materialet på denna webbplats får inte reproduceras, distribueras, överföras, cachelagras eller på annat sätt användas utan föregående skriftligt tillstånd från WTWH MediaPrivacy Policy |Reklam |Om oss