Van robotiese aandryfkettings tot vervoerbande in voorsieningskettingbedrywighede tot die swaai van windturbinetorings, is posisiewaarneming 'n kritieke funksie in 'n wye reeks toepassings. Dit kan baie vorme aanneem, insluitend lineêre, roterende, hoekige, absolute, inkrementele, kontak- en nie-kontaksensors. Gespesialiseerde sensors is ontwikkel wat posisie in drie dimensies kan bepaal. Posisiewaarnemingstegnologieë sluit in potensiometries, induktiewe, wervelstroom-, kapasitiewe, magnetostriktiewe, Hall-effek, veseloptiese, opties en ultrasoniese.
Hierdie FAQ bied 'n kort inleiding tot die verskillende vorme van posisiewaarneming, en hersien dan 'n reeks tegnologieë waaruit ontwerpers kan kies wanneer hulle 'n posisiewaarnemingsoplossing implementeer.
Potensiometriese posisiesensors is weerstandsgebaseerde toestelle wat 'n vaste weerstandsbaan kombineer met 'n ruitveër wat aan die voorwerp geheg is waarvan die posisie waargeneem moet word. Die beweging van die voorwerp beweeg die ruitveërs langs die baan. Die posisie van die voorwerp word gemeet deur 'n spanningsverdelernetwerk te gebruik wat deur relings en ruitveërs gevorm word om lineêre of roterende beweging met 'n vaste GS-spanning te meet (Figuur 1). Potensiometriese sensors is lae koste, maar het oor die algemeen lae akkuraatheid en herhaalbaarheid.
Induktiewe posisiesensors gebruik veranderinge in die eienskappe van die magnetiese veld wat in die sensorspoel geïnduseer word. Afhangende van hul argitektuur, kan hulle lineêre of roterende posisie meet. Lineêre Veranderlike Differensiële Transformator (LVDT) posisiesensors gebruik drie spoele wat om 'n hol buis gedraai is; 'n primêre spoel en twee sekondêre spoele. Die spoele is in serie gekoppel, en die faseverhouding van die sekondêre spoel is 180° uit fase met betrekking tot die primêre spoel. 'n Ferromagnetiese kern, genaamd die anker, word binne-in die buis geplaas en aan die voorwerp op die plek wat gemeet word, gekoppel. 'n Opwekkingspanning word op die primêre spoel toegepas en 'n elektromagnetiese krag (EMF) word in die sekondêre spoel geïnduseer. Deur die spanningsverskil tussen die sekondêre spoele te meet, kan die relatiewe posisie van die anker en waaraan dit geheg is, bepaal word. 'n Roterende spanningsverskiltransformator (RVDT) gebruik dieselfde tegniek om roterende posisie op te spoor. LVDT- en RVDT-sensors bied goeie akkuraatheid, lineariteit, resolusie en hoë sensitiwiteit. Hulle is wrywingloos en kan verseël word vir gebruik in strawwe omgewings.
Wervelstroomposisiesensors werk met geleidende voorwerpe. Wervelstrome is geïnduseerde strome wat in geleidende materiale voorkom in die teenwoordigheid van 'n veranderende magneetveld. Hierdie strome vloei in 'n geslote lus en genereer 'n sekondêre magneetveld. Wervelstroomsensors bestaan ​​uit spoele en lineariseringskringe. Die wisselstroom aktiveer die spoel om die primêre magneetveld te skep. Wanneer 'n voorwerp die spoel nader of daarvan wegbeweeg, kan die posisie daarvan waargeneem word deur die interaksie van die sekondêre veld wat deur wervelstrome geproduseer word, wat die spoel se impedansie beïnvloed. Soos die voorwerp nader aan die spoel kom, neem die wervelstroomverliese toe en word die ossillerende spanning kleiner (Figuur 2). Die ossillerende spanning word gelykgerig en verwerk deur 'n lineariseringskring om 'n lineêre GS-uitset te produseer wat eweredig is aan die afstand van die voorwerp.
Wervelstroomtoestelle is robuuste, kontaklose toestelle wat tipies as nabyheidsensors gebruik word. Hulle is omnidireksioneel en kan die relatiewe afstand na die voorwerp bepaal, maar nie die rigting of absolute afstand na die voorwerp nie.
Soos die naam aandui, meet kapasitiewe posisiesensors veranderinge in kapasitansie om die posisie van die voorwerp wat waargeneem word, te bepaal. Hierdie kontaklose sensors kan gebruik word om lineêre of roterende posisie te meet. Hulle bestaan ​​uit twee plate wat deur 'n diëlektriese materiaal geskei word en gebruik een van twee metodes om die posisie van 'n voorwerp op te spoor:
Om 'n verandering in die diëlektriese konstante te veroorsaak, word die voorwerp waarvan die posisie waargeneem moet word, aan die diëlektriese materiaal geheg. Soos die diëlektriese materiaal beweeg, verander die effektiewe diëlektriese konstante van die kapasitor as gevolg van die kombinasie van die area van die diëlektriese materiaal en die diëlektriese konstante van lug. Alternatiewelik kan die voorwerp aan een van die kapasitorplate gekoppel word. Soos die voorwerp beweeg, beweeg die plate nader of verder, en die verandering in kapasitansie word gebruik om die relatiewe posisie te bepaal.
Kapasitiewe sensors kan verplasing, afstand, posisie en dikte van voorwerpe meet. As gevolg van hul hoë seinstabiliteit en resolusie, word kapasitiewe verplasingsensors in laboratorium- en industriële omgewings gebruik. Kapasitiewe sensors word byvoorbeeld gebruik om filmdikte en kleefmiddeltoepassings in outomatiese prosesse te meet. In industriële masjiene word hulle gebruik om verplasing en gereedskapposisie te monitor.
Magnetostriksie is 'n eienskap van ferromagnetiese materiale wat veroorsaak dat die materiaal sy grootte of vorm verander wanneer 'n magnetiese veld toegepas word. In 'n magnetostriktiewe posisiesensor word 'n beweegbare posisiemagneet aan die voorwerp wat gemeet word, geheg. Dit bestaan ​​uit 'n golfgeleier wat bestaan ​​uit drade wat stroompulse dra, gekoppel aan 'n sensor wat aan die einde van die golfgeleier geleë is (Figuur 3). Wanneer 'n stroompuls deur die golfgeleier gestuur word, word 'n magnetiese veld in die draad geskep wat in wisselwerking tree met die aksiale magnetiese veld van die permanente magneet (die magneet in die silindersuier, Figuur 3a). Die veldinteraksie word veroorsaak deur draaiing (die Wiedemann-effek), wat die draad span en 'n akoestiese puls produseer wat langs die golfgeleier voortplant en deur 'n sensor aan die einde van die golfgeleier opgespoor word (Fig. 3b). Deur die verloop van tyd tussen die aanvang van die stroompuls en die opsporing van die akoestiese puls te meet, kan die relatiewe posisie van die posisiemagneet en dus die voorwerp gemeet word (Fig. 3c).
Magnetostriktiewe posisiesensors is kontaklose sensors wat gebruik word om lineêre posisie op te spoor. Golfgidse word dikwels in vlekvrye staal- of aluminiumbuise gehuisves, wat hierdie sensors in staat stel om in vuil of nat omgewings gebruik te word.
Wanneer 'n dun, plat geleier in 'n magneetveld geplaas word, is enige stroom wat vloei geneig om aan die een kant van die geleier op te bou, wat 'n potensiaalverskil skep wat die Hall-spanning genoem word. As die stroom in die geleier konstant is, sal die grootte van die Hall-spanning die sterkte van die magneetveld weerspieël. In 'n Hall-effek-posisiesensor is die voorwerp gekoppel aan 'n magneet wat in die sensorskag gehuisves word. Soos die voorwerp beweeg, verander die posisie van die magneet relatief tot die Hall-element, wat lei tot 'n veranderende Hall-spanning. Deur die Hall-spanning te meet, kan die posisie van 'n voorwerp bepaal word. Daar is gespesialiseerde Hall-effek-posisiesensors wat posisie in drie dimensies kan bepaal (Figuur 4). Hall-effek-posisiesensors is kontaklose toestelle wat hoë betroubaarheid en vinnige waarneming bied, en oor 'n wye temperatuurreeks werk. Hulle word in 'n reeks verbruikers-, industriële, motor- en mediese toepassings gebruik.
Daar is twee basiese tipes veseloptiese sensors. In intrinsieke veseloptiese sensors word die vesel as die sensorelement gebruik. In eksterne veseloptiese sensors word veseloptika gekombineer met 'n ander sensortegnologie om die sein na afgeleë elektronika oor te dra vir verwerking. In die geval van intrinsieke veselposisiemetings kan 'n toestel soos 'n optiese tyddomeinreflektometer gebruik word om die tydvertraging te bepaal. Die golflengteverskuiwing kan bereken word met behulp van 'n instrument wat 'n optiese frekwensiedomeinreflektometer implementeer. Veseloptiese sensors is immuun teen elektromagnetiese interferensie, kan ontwerp word om by hoë temperature te werk en is nie-geleidend, dus kan hulle naby hoëdruk- of vlambare materiale gebruik word.
Nog 'n veseloptiese sensor gebaseer op vesel Bragg-rooster (FBG) tegnologie kan ook gebruik word vir posisiemeting. Die FBG tree op as 'n kerffilter wat 'n klein fraksie van die lig wat op die Bragg-golflengte (λB) gesentreer is, weerkaats wanneer dit deur breëspektrumlig verlig word. Dit word vervaardig met mikrostrukture wat in die veselkern geëts is. FBG's kan gebruik word om verskeie parameters soos temperatuur, spanning, druk, kanteling, verplasing, versnelling en las te meet.
Daar is twee tipes optiese posisiesensors, ook bekend as optiese enkodeerders. In een geval word lig na 'n ontvanger aan die ander kant van die sensor gestuur. In die tweede tipe word die uitgestraalde ligsein deur die gemonitorde voorwerp gereflekteer en na die ligbron teruggekeer. Afhangende van die sensorontwerp word veranderinge in lig-eienskappe, soos golflengte, intensiteit, fase of polarisasie, gebruik om die posisie van 'n voorwerp te bepaal. Enkodeerder-gebaseerde optiese posisiesensors is beskikbaar vir lineêre en roterende beweging. Hierdie sensors val in drie hoofkategorieë: deurlaatbare optiese enkodeerders, reflektiewe optiese enkodeerders en interferometriese optiese enkodeerders.
Ultrasoniese posisiesensors gebruik piezo-elektriese kristaltransduktors om hoëfrekwensie ultrasoniese golwe uit te straal. Die sensor meet die gereflekteerde klank. Ultrasoniese sensors kan as eenvoudige nabyheidsensors gebruik word, of meer komplekse ontwerpe kan afstandsinligting verskaf. Ultrasoniese posisiesensors werk met teikenvoorwerpe van 'n verskeidenheid materiale en oppervlakkenmerke, en kan klein voorwerpe op groter afstande opspoor as baie ander soorte posisiesensors. Hulle is bestand teen vibrasie, omgewingsgeraas, infrarooi straling en elektromagnetiese interferensie. Voorbeelde van toepassings wat ultrasoniese posisiesensors gebruik, sluit in vloeistofvlakopsporing, hoëspoedtelling van voorwerpe, robotnavigasiestelsels en motorwaarneming. 'n Tipiese motor-ultrasoniese sensor bestaan ​​uit 'n plastiekbehuising, 'n piezo-elektriese transduktor met 'n bykomende membraan, en 'n gedrukte stroombaanbord met elektroniese stroombane en mikrobeheerders vir die oordrag, ontvangs en verwerking van seine (Figuur 5).
Posisiesensors kan absolute of relatiewe lineêre, rotasie- en hoekbeweging van voorwerpe meet. Posisiesensors kan die beweging van toestelle soos aktuators of motors meet. Hulle word ook in mobiele platforms soos robotte en motors gebruik. 'n Verskeidenheid tegnologieë word in posisiesensors gebruik met verskillende kombinasies van omgewingsduursaamheid, koste, akkuraatheid, herhaalbaarheid en ander eienskappe.
3D Magnetiese Posisiesensors, Allegro Microsystems, Analise en Verbetering van die Sekuriteit van Ultrasoniese Sensors vir Outonome Voertuie, IEEE Internet of Things Journal, Hoe om 'n posisiesensor te kies, Cambridge Integrated Circuits, Posisiesensortipes, Ixthus Instrumentation, Wat is 'n induktiewe posisiesensor?, Keyence, Wat is Magnetostriktiewe Posisiewaarneming?, AMETEK
Blaai deur die nuutste uitgawes van Design World en vorige uitgawes in 'n maklik-om-te-gebruik, hoëgehalte-formaat. Redigeer, deel en laai vandag af met die toonaangewende ontwerp-ingenieurstydskrif.
Die wêreld se top probleemoplossende EE-forum wat mikrobeheerders, DSP, netwerke, analoog- en digitale ontwerp, RF, kragelektronika, PCB-roetering en meer dek.
Kopiereg © 2022 WTWH Media LLC. Alle regte voorbehou. Die materiaal op hierdie webwerf mag nie gereproduseer, versprei, oorgedra, in die kas gestoor of andersins gebruik word sonder die vooraf skriftelike toestemming van WTWH Media nie. Privaatheidsbeleid | Advertensies | Oor Ons