Robotik tahrik zincirlerinden tedarik zinciri operasyonlarındaki taşıma bantlarına ve rüzgar türbini kulelerinin sallanmasına kadar, konum algılama çok çeşitli uygulamalarda kritik bir işlevdir. Doğrusal, döner, açısal, mutlak, artımlı, temaslı ve temassız sensörler dahil olmak üzere birçok şekilde olabilir. Konumu üç boyutta belirleyebilen özel sensörler geliştirilmiştir. Konum algılama teknolojileri arasında potansiyometrik, endüktif, girdap akımı, kapasitif, manyetostriktif, Hall etkisi, fiber optik, optik ve ultrasonik bulunur .
Bu SSS, çeşitli konum algılama biçimlerine kısa bir giriş sağlar ve ardından tasarımcıların bir konum algılama çözümü uygularken seçebilecekleri bir dizi teknolojiyi gözden geçirir.
Potansiyometrik konum sensörleri, konumu algılanması gereken nesneye bağlı bir silecek ile sabit bir dirençli yolu birleştiren direnç tabanlı cihazlardır. Nesnenin hareketi, sileceği yol boyunca hareket ettirir. Nesnenin konumu, sabit bir DC voltajıyla doğrusal veya dönme hareketini ölçmek için raylar ve sileceklerden oluşan bir voltaj bölücü ağ kullanılarak ölçülür (Şekil 1). Potansiyometrik sensörler düşük maliyetlidir, ancak genellikle düşük doğruluk ve tekrarlanabilirliğe sahiptir.
Endüktif konum sensörleri, sensör bobininde indüklenen manyetik alanın özelliklerindeki değişiklikleri kullanır. Mimarilerine bağlı olarak, doğrusal veya dönüş konumlarını ölçebilirler. Doğrusal Değişken Diferansiyel Transformatör (LVDT) konum sensörleri, içi boş bir tüpün etrafına sarılı üç bobin kullanır;bir birincil bobin ve iki ikincil bobin.Bobinler seri bağlanır ve ikincil bobinin faz ilişkisi, birincil bobine göre 180° faz dışıdır.Armatür adı verilen bir ferromanyetik çekirdek, tüpün içine yerleştirilir ve nesneye ölçüm yapılan yerde bağlanır.Birincil bobine bir uyarma voltajı uygulanır ve ikincil bobinde bir elektromanyetik kuvvet (EMF) indüklenir.İkincil bobinler arasındaki voltaj farkı ölçülerek, armatürün göreli konumu ve neye bağlı olduğu belirlenebilir. belirlenir.Dönen voltaj diferansiyel trafosu (RVDT), dönüş konumunu izlemek için aynı tekniği kullanır.LVDT ve RVDT sensörleri iyi doğruluk, doğrusallık, çözünürlük ve yüksek hassasiyet sunar.Sürtünmesizdirler ve zorlu ortamlarda kullanım için kapatılabilirler.
Eddy akımı konum sensörleri iletken nesnelerle çalışır. Girdap akımları, değişen bir manyetik alanın varlığında iletken malzemelerde meydana gelen indüklenen akımlardır. Bu akımlar kapalı bir döngüde akar ve ikincil bir manyetik alan oluşturur. Girdap akımı sensörleri bobinlerden ve doğrusallaştırma devrelerinden oluşur. Alternatif akım, bobine enerji vererek birincil manyetik alanı oluşturur. Bir nesne bobine yaklaştığında veya bobinden uzaklaştığında, konumu, bobini etkileyen girdap akımları tarafından üretilen ikincil alanın etkileşimi kullanılarak algılanabilir' empedansı. Nesne bobine yaklaştıkça, girdap akımı kayıpları artar ve salınım voltajı küçülür (Şekil 2). Salınım voltajı, nesnenin mesafesiyle orantılı bir doğrusal DC çıkışı üretmek için bir doğrusallaştırıcı devre tarafından düzeltilir ve işlenir.
Girdap akımı cihazları, tipik olarak yakınlık sensörleri olarak kullanılan sağlam, temassız cihazlardır. Çok yönlüdürler ve nesneye göreli mesafeyi belirleyebilirler, ancak nesneye olan yönü veya mutlak mesafeyi belirleyemezler.
Adından da anlaşılacağı gibi, kapasitif konum sensörleri, algılanan nesnenin konumunu belirlemek için kapasitanstaki değişiklikleri ölçer. Bu temassız sensörler, doğrusal veya dönme konumunu ölçmek için kullanılabilir. Bir dielektrik malzeme ile ayrılmış iki plakadan oluşurlar ve bir nesnenin konumunu algılamak için iki yöntemden birini kullanırlar:
Dielektrik sabitinde bir değişikliğe neden olmak için konumu tespit edilecek nesne dielektrik malzemeye iliştirilir. Dielektrik malzeme hareket ettikçe, dielektrik malzemenin alanı ile havanın dielektrik sabitinin birleşiminden dolayı kapasitörün etkin dielektrik sabiti değişir. Alternatif olarak nesne kapasitör plakalarından birine bağlanabilir. Nesne hareket ettikçe plakalar yakınlaşır veya uzaklaşır ve kapasitanstaki değişiklik bağıl konumu belirlemek için kullanılır.
Kapasitif sensörler, nesnelerin yer değiştirmesini, mesafesini, konumunu ve kalınlığını ölçebilir. Yüksek sinyal kararlılığı ve çözünürlüğü nedeniyle, kapasitif yer değiştirme sensörleri laboratuvar ve endüstriyel ortamlarda kullanılır. Örneğin, kapasitif sensörler, otomatik süreçlerde film kalınlığını ve yapıştırıcı uygulamalarını ölçmek için kullanılır. Endüstriyel makinelerde, yer değiştirmeyi ve takım konumunu izlemek için kullanılır.
Manyetostriksiyon, manyetik alan uygulandığında malzemenin boyutunu veya şeklini değiştirmesine neden olan ferromanyetik malzemelerin bir özelliğidir. Manyetostriktif bir konum sensöründe, ölçülen nesneye hareketli bir konum mıknatısı bağlanır. Akım darbelerini taşıyan ve dalga kılavuzunun sonunda bulunan bir sensöre bağlanan tellerden oluşan bir dalga kılavuzundan oluşur (Şekil 3). Dalga kılavuzundan aşağı bir akım darbesi gönderildiğinde, telde kalıcı mıknatısın eksenel manyetik alanıyla etkileşime giren bir manyetik alan oluşturulur (silindir pistonundaki mıknatıs, Şekil 3a).Alan etkileşimi, teli gererek dalga kılavuzu boyunca yayılan ve dalga kılavuzunun ucundaki bir sensör tarafından algılanan (Şekil 3b) bir akustik darbe üreten bükülmeden (Wiedemann etkisi) kaynaklanır. Akım darbesinin başlaması ile akustik darbenin algılanması arasında geçen süre ölçülerek, konum mıknatısının ve dolayısıyla nesnenin göreli konumu ölçülebilir (Şekil.3c).
Manyetostriktif konum sensörleri, doğrusal konumu algılamak için kullanılan temassız sensörlerdir. Dalga kılavuzları genellikle paslanmaz çelik veya alüminyum borular içinde bulunur ve bu sensörlerin kirli veya ıslak ortamlarda kullanılmasını sağlar.
İnce, düz bir iletken manyetik alana yerleştirildiğinde, akan herhangi bir akım iletkenin bir tarafında birikme eğilimi göstererek Hall voltajı adı verilen bir potansiyel farkı oluşturur. İletkendeki akım sabitse, Hall voltajının büyüklüğü manyetik alanın gücünü yansıtır. Üç boyutta pozisyonu belirleyebilen özel Hall etkisi konum sensörleri vardır (Şekil 4).Hall etkisi konum sensörleri, yüksek güvenilirlik ve hızlı algılama sağlayan ve geniş bir sıcaklık aralığında çalışan temassız cihazlardır. Tüketici, endüstriyel, otomotiv ve medikal bir dizi uygulamada kullanılırlar.
İki temel fiber optik sensör türü vardır. İçsel fiber optik sensörlerde, algılama elemanı olarak fiber kullanılır. iletkendir, bu nedenle yüksek basınçlı veya yanıcı maddelerin yakınında kullanılabilirler.
Fiber Bragg ızgara (FBG) teknolojisine dayalı başka bir fiber optik algılama da konum ölçümü için kullanılabilir. FBG, geniş spektrumlu ışıkla aydınlatıldığında Bragg dalga boyunda (λB) merkezli ışığın küçük bir kısmını yansıtan bir çentik filtresi görevi görür. Fiber çekirdeğe kazınmış mikro yapılar ile üretilir. FBG'ler sıcaklık, gerinim, basınç, eğim, yer değiştirme, hızlanma ve yük gibi çeşitli parametreleri ölçmek için kullanılabilir.
Optik kodlayıcı olarak da bilinen iki tip optik konum sensörü vardır.Birinde ışık, sensörün diğer ucundaki bir alıcıya gönderilir.İkinci tipte, yayılan ışık sinyali izlenen nesne tarafından yansıtılır ve ışık kaynağına geri döndürülür.Sensör tasarımına bağlı olarak, bir nesnenin konumunu belirlemek için dalga boyu, yoğunluk, faz veya polarizasyon gibi ışık özelliklerindeki değişiklikler kullanılır.Enkoder tabanlı optik konum sensörleri, doğrusal ve döner hareket için mevcuttur.Bu sensörler üç ana kategoriye ayrılır;aktarıcı optik kodlayıcılar, yansıtıcı optik kodlayıcılar ve interferometrik optik kodlayıcılar.
Ultrasonik konum sensörleri, yüksek frekanslı ultrasonik dalgalar yaymak için piezoelektrik kristal transdüserler kullanır. Sensör, yansıyan sesi ölçer. Ultrasonik sensörler, basit yakınlık sensörleri olarak kullanılabilir veya daha karmaşık tasarımlar, çeşitli malzeme ve yüzey özelliklerine sahip hedef nesnelerle çalışır ve diğer birçok konum sensörü türünden daha büyük mesafelerdeki küçük nesneleri algılayabilir. Titreşime, ortam gürültüsüne, kızılötesi radyasyona ve elektromanyetik parazite karşı dirençlidirler. nesnelerin hız sayımı, robotik navigasyon sistemleri ve otomotiv algılama. Tipik bir otomotiv ultrasonik sensörü, plastik bir mahfazadan, ek bir zara sahip bir piezoelektrik dönüştürücüden ve sinyalleri iletmek, almak ve işlemek için elektronik devreler ve mikrodenetleyiciler içeren bir baskılı devre kartından oluşur (Şekil 5).
Pozisyon sensörleri, nesnelerin mutlak veya göreceli doğrusal, dönme ve açısal hareketini ölçebilir.
3 Boyutlu Manyetik Konum Sensörleri, Allegro MikrosistemlerOtonom Araçlar İçin Ultrasonik Sensörlerin Güvenliğinin Analizi ve Artırılması, IEEE Nesnelerin İnterneti Dergisi Konum sensörü nasıl seçilir, Cambridge Entegre DevrelerKonum sensörü türleri, Ixthus InstrumentationEndüktif konum sensörü nedir?, Keyence Manyetostriktif Konum Algılama Nedir?, AMETEK
Design World'ün en son sayılarına ve eski sayılarına kullanımı kolay, yüksek kaliteli bir biçimde göz atın. Önde gelen tasarım mühendisliği dergisiyle bugün düzenleyin, paylaşın ve indirin.
Mikrodenetleyiciler, DSP, ağ iletişimi, analog ve dijital tasarım, RF, güç elektroniği, PCB yönlendirme ve daha fazlasını kapsayan dünyanın en iyi problem çözen EE forumu
Telif hakkı © 2022 WTWH Media LLC.tüm hakları saklıdır.Bu sitedeki materyaller WTWH Media'nın önceden yazılı izni olmaksızın çoğaltılamaz, dağıtılamaz, iletilemez, önbelleğe alınamaz veya başka bir şekilde kullanılamazGizlilik İlkesi |Reklam |Hakkımızda