ตั้งแต่โซ่ขับเคลื่อนหุ่นยนต์ไปจนถึงสายพานลำเลียงในการดำเนินงานของห่วงโซ่อุปทาน ไปจนถึงการแกว่งของเสากังหันลม การตรวจจับตำแหน่งเป็นฟังก์ชันที่สำคัญในการใช้งานที่หลากหลาย เซ็นเซอร์สามารถมีได้หลายรูปแบบ รวมถึงเซ็นเซอร์เชิงเส้น โรตารี่ เชิงมุม สัมบูรณ์ เพิ่มขึ้น สัมผัสและไม่สัมผัส เซ็นเซอร์เฉพาะได้รับการพัฒนาที่สามารถระบุตำแหน่งในสามมิติ เทคโนโลยีการตรวจจับตำแหน่ง ได้แก่ โพเทนชิโอเมตริก อุปนัย กระแสไหลวน ตัวเก็บประจุ แม่เหล็กเข้มงวด ,ฮอลล์เอฟเฟ็กต์ ,ไฟเบอร์ออปติก ,ออปติก และอัลตราโซนิก.
คำถามที่พบบ่อยนี้ให้ข้อมูลเบื้องต้นสั้นๆ เกี่ยวกับรูปแบบต่างๆ ของการตรวจจับตำแหน่ง จากนั้นทบทวนเทคโนโลยีต่างๆ ที่นักออกแบบสามารถเลือกได้เมื่อนำโซลูชันการตรวจจับตำแหน่งไปใช้
เซ็นเซอร์ตำแหน่งแบบโพเทนชิโอเมตริกเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ความต้านทานซึ่งรวมแทร็กตัวต้านทานคงที่เข้ากับไวเปอร์ที่ติดอยู่กับวัตถุซึ่งจำเป็นต้องตรวจจับตำแหน่ง การเคลื่อนที่ของวัตถุจะย้ายไวเปอร์ไปตามแทร็ก ตำแหน่งของวัตถุวัดได้โดยใช้เครือข่ายแบ่งแรงดันที่เกิดจากรางและไวเปอร์เพื่อวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือแบบหมุนด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่ (รูปที่ 1) เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกมีต้นทุนต่ำ แต่โดยทั่วไปมีความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำต่ำ
เซ็นเซอร์ตำแหน่งแบบเหนี่ยวนำใช้การเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำในขดลวดเซ็นเซอร์ โดยขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรม เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถวัดตำแหน่งเชิงเส้นหรือแบบหมุนได้ เซ็นเซอร์ตำแหน่ง Linear Variable Differential Transformer (LVDT) ใช้ขดลวดสามตัวพันรอบท่อกลวงขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ 2 ขดลวดเชื่อมต่อเป็นอนุกรม และความสัมพันธ์ของเฟสของขดลวดทุติยภูมิอยู่ที่ 180° นอกเฟสเมื่อเทียบกับขดลวดปฐมภูมิ แกนเฟอร์โรแมกเนติกที่เรียกว่าอาร์มาเจอร์จะอยู่ภายในท่อและเชื่อมต่อกับวัตถุที่ตำแหน่งที่กำลังวัด แรงดันไฟฟ้ากระตุ้นจะถูกนำไปใช้กับขดลวดปฐมภูมิและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (EMF) จะถูกเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิ โดยการวัดความแตกต่างของแรงดันไฟระหว่างขดลวดทุติยภูมิ ตำแหน่งสัมพัทธ์ของกระดองและสิ่งที่ติดอยู่กับขดลวดทุติยภูมิ สามารถกำหนดได้หม้อแปลงไฟฟ้าแบบดิฟเฟอเรนเชียลแบบหมุน (RVDT) ใช้เทคนิคเดียวกันในการติดตามตำแหน่งการหมุน เซ็นเซอร์ LVDT และ RVDT ให้ความแม่นยำที่ดี ความเป็นเส้นตรง ความละเอียด และความไวสูง เซ็นเซอร์เหล่านี้ไม่มีแรงเสียดทานและสามารถปิดผนึกเพื่อใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้
เซ็นเซอร์ตำแหน่งกระแสไหลวนทำงานร่วมกับวัตถุนำไฟฟ้า กระแสไหลวนเป็นกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวัสดุนำไฟฟ้าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก กระแสเหล่านี้ไหลในวงปิดและสร้างสนามแม่เหล็กทุติยภูมิ เซ็นเซอร์กระแสไหลวนประกอบด้วยขดลวดและวงจรเชิงเส้น กระแสสลับกระตุ้นขดลวดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กปฐมภูมิ เมื่อวัตถุเข้าใกล้หรือเคลื่อนออกจากขดลวด ตำแหน่งของมันสามารถรับรู้ได้โดยใช้ปฏิสัมพันธ์ของสนามทุติยภูมิที่เกิดจากกระแสไหลวน ซึ่งส่งผลต่อ อิมพีแดนซ์ของขดลวด เมื่อวัตถุเข้าใกล้ขดลวดมากขึ้น การสูญเสียกระแสไหลวนจะเพิ่มขึ้นและแรงดันการสั่นจะเล็กลง (รูปที่ 2) แรงดันการสั่นจะถูกแก้ไขและประมวลผลโดยวงจร Linearizer เพื่อสร้างเอาต์พุต DC เชิงเส้นตามสัดส่วนของระยะทางของวัตถุ
อุปกรณ์ Eddy ปัจจุบันเป็นอุปกรณ์ที่ทนทานและไม่ต้องสัมผัส โดยทั่วไปจะใช้เป็นเซนเซอร์จับความใกล้เคียง อุปกรณ์เหล่านี้เป็นแบบรอบทิศทางและสามารถกำหนดระยะห่างสัมพัทธ์กับวัตถุได้ แต่ไม่ใช่ทิศทางหรือระยะทางสัมบูรณ์กับวัตถุ
ตามชื่อที่แนะนำ เซ็นเซอร์ตำแหน่งแบบคาปาซิทีฟจะวัดการเปลี่ยนแปลงของความจุเพื่อกำหนดตำแหน่งของวัตถุที่รับรู้ เซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสเหล่านี้สามารถใช้วัดตำแหน่งเชิงเส้นหรือแบบหมุนได้ เซ็นเซอร์ประกอบด้วยแผ่นสองแผ่นคั่นด้วยวัสดุอิเล็กทริก และใช้หนึ่งในสองวิธีในการตรวจจับตำแหน่งของวัตถุ:
เพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก วัตถุที่มีตำแหน่งที่จะตรวจจับได้จะติดอยู่กับวัสดุไดอิเล็กตริก เมื่อวัสดุไดอิเล็กตริกเคลื่อนที่ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่มีประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไปเนื่องจากการรวมกันของพื้นที่ของวัสดุไดอิเล็กตริกและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของอากาศ อีกทางหนึ่ง วัตถุสามารถเชื่อมต่อกับหนึ่งในแผ่นตัวเก็บประจุ ขณะที่วัตถุเคลื่อนที่ แผ่นจะขยับเข้าใกล้หรือไกลออกไป และการเปลี่ยนแปลงของความจุจะใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งสัมพัทธ์
เซนเซอร์แบบคาปาซิทีฟสามารถวัดการกระจัด ระยะทาง ตำแหน่ง และความหนาของวัตถุได้ เนื่องจากมีความเสถียรและความละเอียดของสัญญาณสูง เซนเซอร์แบบคาปาซิทีฟดิสเพลสเมนต์จึงถูกนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการและสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น เซนเซอร์แบบคาปาซิทีฟใช้ในการวัดความหนาของฟิล์มและการใช้กาวในกระบวนการอัตโนมัติ ในเครื่องจักรอุตสาหกรรม เซนเซอร์จะใช้ในการตรวจสอบการเคลื่อนที่และตำแหน่งของเครื่องมือ
Magnetostriction เป็นคุณสมบัติของวัสดุ ferromagnetic ที่ทำให้วัสดุเปลี่ยนขนาดหรือรูปร่างเมื่อใช้สนามแม่เหล็ก ในเซ็นเซอร์ตำแหน่งแม่เหล็ก แม่เหล็กตำแหน่งที่เคลื่อนที่ได้จะติดอยู่กับวัตถุที่กำลังวัด ประกอบด้วยท่อนำคลื่นที่ประกอบด้วยสายไฟที่นำพัลส์ปัจจุบัน เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ที่อยู่ที่ส่วนท้ายของท่อนำคลื่น (รูปที่ 3) เมื่อพัลส์ปัจจุบันถูกส่งลงมาในท่อนำคลื่น สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นในเส้นลวดที่ทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กตามแนวแกนของแม่เหล็กถาวร (แม่เหล็กในลูกสูบของกระบอกสูบ รูปที่ 3a) การโต้ตอบของสนามเกิดจากการบิด (เอฟเฟกต์ของ Wiedemann) ซึ่งทำให้ลวดตึง ทำให้เกิดอะคูสติกพัลส์ที่แพร่กระจายไปตามท่อนำคลื่นและตรวจพบโดยเซ็นเซอร์ที่ส่วนท้ายของท่อนำคลื่น (รูปที่ 3b) โดยการวัดเวลาที่ผ่านไประหว่างการเริ่มต้นของพัลส์ปัจจุบันและการตรวจจับของอะคูสติกพัลส์ ตำแหน่งสัมพัทธ์ของแม่เหล็กตำแหน่งและดังนั้นจึงสามารถวัดวัตถุได้ (รูปที่3ค).
เซ็นเซอร์ตำแหน่งแม่เหล็กเข้มงวดเป็นเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสที่ใช้ในการตรวจจับตำแหน่งเชิงเส้น ท่อนำคลื่นมักจะอยู่ในท่อสแตนเลสหรืออลูมิเนียม ทำให้เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่สกปรกหรือเปียกชื้น
เมื่อนำตัวนำแบนบางวางในสนามแม่เหล็ก กระแสใด ๆ ที่ไหลมีแนวโน้มที่จะสะสมที่ด้านใดด้านหนึ่งของตัวนำ สร้างความต่างศักย์ที่เรียกว่าแรงดันฮอลล์ หากกระแสในตัวนำคงที่ ขนาดของแรงดันฮอลล์จะสะท้อนถึงความแรงของสนามแม่เหล็ก ในเซ็นเซอร์ตำแหน่งเอฟเฟกต์ฮอลล์ วัตถุจะเชื่อมต่อกับแม่เหล็กที่อยู่ในเพลาเซ็นเซอร์ ขณะที่วัตถุเคลื่อนที่ ตำแหน่งของแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับองค์ประกอบฮอลล์ ส่งผลให้แรงดันฮอลล์เปลี่ยนไป โดยการวัดแรงดันฮอลล์ สามารถกำหนดตำแหน่งของวัตถุได้ มีเซ็นเซอร์ตำแหน่ง Hall-effect เฉพาะที่สามารถระบุตำแหน่งในสามมิติ (รูปที่ 4) เซ็นเซอร์ตำแหน่ง Hall-effect เป็นอุปกรณ์แบบไม่สัมผัสที่ให้ความน่าเชื่อถือสูงและการตรวจจับที่รวดเร็ว และทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง พวกมันถูกใช้งานในหลากหลายประเภทสำหรับผู้บริโภค อุตสาหกรรม ยานยนต์ และการแพทย์
ไฟเบอร์ออปติกเซนเซอร์มีพื้นฐานอยู่ 2 ประเภท ในเซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกภายใน ไฟเบอร์จะถูกใช้เป็นองค์ประกอบในการตรวจจับ ในเซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกภายนอก ไฟเบอร์ออปติกจะถูกรวมเข้ากับเทคโนโลยีเซนเซอร์อื่นเพื่อถ่ายทอดสัญญาณไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระยะไกลสำหรับการประมวลผล ในกรณีของการวัดตำแหน่งไฟเบอร์จากภายใน สามารถใช้อุปกรณ์เช่นตัวสะท้อนแสงโดเมนเวลาแบบออปติคัลเพื่อระบุการหน่วงเวลา การเลื่อนความยาวคลื่นสามารถคำนวณได้โดยใช้เครื่องมือที่ใช้ตัวสะท้อนแสงโดเมนความถี่ออปติคัล เซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกจะไม่สามารถเลือกได้ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถออกแบบให้ทำงานที่อุณหภูมิสูงและไม่นำไฟฟ้า ดังนั้นจึงสามารถใช้ใกล้กับแรงดันสูงหรือวัสดุที่ติดไฟได้
การตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติกอีกแบบหนึ่งซึ่งใช้เทคโนโลยีไฟเบอร์ Bragg Grating (FBG) ยังสามารถใช้ในการวัดตำแหน่งได้อีกด้วย FBG ทำหน้าที่เป็นตัวกรองรอยบาก โดยสะท้อนแสงเพียงเศษเสี้ยวเล็กๆ ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ความยาวคลื่น Bragg (λB) เมื่อส่องสว่างด้วยแสงสเปกตรัมกว้าง มันถูกประดิษฐ์ขึ้นด้วยโครงสร้างจุลภาคที่ฝังอยู่ในแกนไฟเบอร์ สามารถใช้ FBG เพื่อวัดพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความเครียด ความดัน ความเอียง การกระจัด การเร่งความเร็ว และโหลด
มีเซ็นเซอร์ตำแหน่งออปติคอลอยู่สองประเภท หรือที่เรียกว่าออปติคอลเอ็นโค้ดเดอร์ ในกรณีหนึ่ง แสงจะถูกส่งไปยังตัวรับที่ปลายอีกด้านของเซ็นเซอร์ ในลักษณะที่สอง สัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาจะถูกสะท้อนโดยวัตถุที่ตรวจสอบและส่งกลับไปยังแหล่งกำเนิดแสง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบเซ็นเซอร์ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของแสง เช่น ความยาวคลื่น ความเข้ม เฟส หรือโพลาไรเซชัน จะถูกใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งของวัตถุ เซ็นเซอร์ตำแหน่งออปติคัลที่ใช้ตัวเข้ารหัสมีให้ใช้งานสำหรับการเคลื่อนที่เชิงเส้นและแบบหมุน เซ็นเซอร์เหล่านี้แบ่งออกเป็นสามประเภท หมวดหมู่หลักตัวเข้ารหัสแสงแบบส่งผ่าน ตัวเข้ารหัสแสงแบบสะท้อนแสง และตัวเข้ารหัสแสงแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริก
เซ็นเซอร์ตำแหน่งอัลตราโซนิกใช้ทรานสดิวเซอร์คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกเพื่อปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกความถี่สูง เซ็นเซอร์จะวัดเสียงที่สะท้อน เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับความใกล้เคียงอย่างง่าย หรือการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถให้ข้อมูลที่หลากหลาย เซ็นเซอร์ตำแหน่งอัลตราโซนิกทำงานร่วมกับวัตถุเป้าหมายที่เป็นวัสดุและลักษณะพื้นผิวที่หลากหลาย และสามารถตรวจจับวัตถุขนาดเล็กในระยะทางที่ไกลกว่าเซ็นเซอร์ตำแหน่งประเภทอื่นๆ หลายชนิด เซ็นเซอร์เหล่านี้ทนทานต่อการสั่นสะเทือน เสียงรอบข้าง รังสีอินฟราเรด และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่าง แอปพลิเคชันที่ใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งอัลตราโซนิก ได้แก่ การตรวจจับระดับของเหลว การนับวัตถุด้วยความเร็วสูง ระบบนำทางด้วยหุ่นยนต์ และการตรวจจับยานยนต์ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกยานยนต์ทั่วไปประกอบด้วยตัวเรือนพลาสติก ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกที่มีเมมเบรนเพิ่มเติม และแผงวงจรพิมพ์ที่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์และไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับส่งสัญญาณ รับ และประมวลผลสัญญาณ (รูปที่ 5)
เซ็นเซอร์ตำแหน่งสามารถวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบสัมบูรณ์หรือแบบสัมพัทธ์ การหมุน และเชิงมุมของวัตถุ เซ็นเซอร์ตำแหน่งสามารถวัดการเคลื่อนไหวของอุปกรณ์ต่างๆ เช่น แอ็คทูเอเตอร์หรือมอเตอร์ นอกจากนี้ยังใช้ในแพลตฟอร์มเคลื่อนที่ เช่น หุ่นยนต์และรถยนต์ เทคโนโลยีที่หลากหลายถูกนำมาใช้ในเซ็นเซอร์ตำแหน่งด้วยการรวมกันของความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม ต้นทุน ความแม่นยำ การทำซ้ำ และคุณสมบัติอื่นๆ
3D Magnetic Position Sensors, Allegro MicrosystemsAnalyzing and Enhancing the Security of Ultrasonic Sensors for Autonomous Vehicles, IEEE Internet of Things Journal วิธีการเลือกเซ็นเซอร์ตำแหน่ง, Cambridge Integrated CircuitsPosition sensor types, Ixthus InstrumentationWhat is an inductive position sensor?, Keyence What is Magnetostrictive Position Sensing?, AMETEK
เรียกดู Design World ฉบับล่าสุดและฉบับย้อนหลังในรูปแบบที่ใช้งานง่ายและมีคุณภาพสูง แก้ไข แชร์ และดาวน์โหลดวันนี้ด้วยนิตยสารวิศวกรรมการออกแบบชั้นนำ
ฟอรัม EE ที่แก้ปัญหาได้อันดับต้นๆ ของโลก ซึ่งครอบคลุมไมโครคอนโทรลเลอร์, DSP, เครือข่าย, การออกแบบอะนาล็อกและดิจิทัล, RF, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง, การกำหนดเส้นทาง PCB และอื่นๆ
ลิขสิทธิ์ © 2022 WTWH Media LLC.สงวนลิขสิทธิ์ เนื้อหาในเว็บไซต์นี้ไม่อาจทำซ้ำ แจกจ่าย ส่งต่อ แคช หรือใช้โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรล่วงหน้าจาก WTWH Media นโยบายความเป็นส่วนตัว |การโฆษณา |เกี่ยวกับเรา