Ад рабатызаваных прывадных ланцугоў да канвеерных стужак у аперацыях ланцужкоў паставак і хістання вежаў ветраных турбін, вымярэнне становішча з'яўляецца найважнейшай функцыяй у шырокім дыяпазоне прымянення. Яно можа прымаць розныя формы, у тым ліку лінейныя, круцільныя, вуглавыя, абсалютныя, інкрэментальныя, кантактныя і бескантактавыя датчыкі. Былі распрацаваны спецыялізаваныя датчыкі, якія могуць вызначаць становішча ў трох вымярэннях. Тэхналогіі вымярэння становішча ўключаюць патэнцыяметрычныя, індуктыўныя, віхратокавыя, ёмістныя, магнітастрыкцыйныя, эфект Хола, валаконна-аптычныя, аптычныя і ультрагукавыя.
У гэтым FAQ коратка апісаны розныя формы вымярэння становішча, а затым разглядаецца шэраг тэхналогій, якія распрацоўшчыкі могуць выбраць пры рэалізацыі рашэнняў для вымярэння становішча.
Патэнцыяметрычныя датчыкі становішча — гэта прылады на аснове супраціву, якія спалучаюць у сабе фіксаваную рэзістыўную дарожку са шклоачышчальнікам, прымацаваным да аб'екта, становішча якога трэба вымераць. Рух аб'екта перамяшчае шклоачышчальнікі ўздоўж дарожкі. Пазіцыя аб'екта вымяраецца з дапамогай сеткі дзельнікаў напружання, утворанай рэйкамі і шклоачышчальнікамі, для вымярэння лінейнага або вярчальнага руху з фіксаванай пастаяннай напругай (малюнак 1). Патэнцыяметрычныя датчыкі недарагія, але звычайна маюць нізкую дакладнасць і паўтаральнасць.
Індуктыўныя датчыкі становішча выкарыстоўваюць змены ўласцівасцей магнітнага поля, індуцыраванага ў шпульцы датчыка. У залежнасці ад іх архітэктуры, яны могуць вымяраць лінейнае або круцільнае становішча. Датчыкі становішча з лінейным зменным дыферэнцыяльным трансфарматарам (LVDT) выкарыстоўваюць тры шпулькі, абгорнутыя вакол полай трубкі: першасную шпульку і дзве другасныя шпулькі. Шпулькі злучаны паслядоўна, і фазавае суадносіны другаснай шпулькі зрушана з фазы на 180° адносна першаснай шпулькі. Ферамагнітны стрыжань, які называецца якарам, змяшчаецца ўнутры трубкі і падключаецца да аб'екта ў месцы вымярэння. Да першаснай шпулькі прыкладваецца напружанне ўзбуджэння, і ў другаснай шпульцы індукуецца электрамагнітная сіла (ЭРС). Вымяраючы розніцу напружання паміж другаснымі шпулькамі, можна вызначыць адноснае становішча якара і тое, да чаго ён прымацаваны. Круцільны дыферэнцыяльны трансфарматар напружання (RVDT) выкарыстоўвае той жа метад для адсочвання круцільнага становішча. Датчыкі LVDT і RVDT забяспечваюць добрую дакладнасць, лінейнасць, раздзяляльную здольнасць і высокую адчувальнасць. Яны не маюць трэння і могуць быць герметычна запячатаны для выкарыстання ў складаных умовах.
Датчыкі становішча віхравых токаў працуюць з праводзячымі аб'ектамі. Віхравыя токі - гэта індукаваныя токі, якія ўзнікаюць у праводзячых матэрыялах пры наяўнасці зменлівага магнітнага поля. Гэтыя токі цякуць па замкнёнай пятлі і генеруюць другаснае магнітнае поле. Датчыкі віхравых токаў складаюцца з шпулек і схем лінеарызацыі. Пераменны ток сілкуе шпульку, ствараючы першаснае магнітнае поле. Калі аб'ект набліжаецца да шпулькі або аддаляецца ад яе, яго становішча можна вызначыць з дапамогай узаемадзеяння другаснага поля, створанага віхравымі токамі, што ўплывае на імпеданс шпулькі. Па меры набліжэння аб'екта да шпулькі страты на віхравыя токі павялічваюцца, а вагальнае напружанне памяншаецца (малюнак 2). Вагальнае напружанне выпрамляецца і апрацоўваецца схемай лінеарызатара для атрымання лінейнага пастаяннага выхаднога току, прапарцыйнага адлегласці да аб'екта.
Віхратокавыя прылады — гэта трывалыя бескантактавыя прылады, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў якасці датчыкаў блізкасці. Яны ўсенакіраваныя і могуць вызначаць адносную адлегласць да аб'екта, але не кірунак або абсалютную адлегласць да аб'екта.
Як вынікае з назвы, ёмістныя датчыкі становішча вымяраюць змены ёмістасці, каб вызначыць становішча аб'екта, які даследуецца. Гэтыя бескантактавыя датчыкі могуць выкарыстоўвацца для вымярэння лінейнага або круцільнага становішча. Яны складаюцца з двух пласцін, падзеленых дыэлектрычным матэрыялам, і выкарыстоўваюць адзін з двух метадаў для вызначэння становішча аб'екта:
Каб выклікаць змяненне дыэлектрычнай пранікальнасці, аб'ект, становішча якога трэба вызначыць, прымацоўваецца да дыэлектрычнага матэрыялу. Па меры руху дыэлектрычнага матэрыялу эфектыўная дыэлектрычная пранікальнасць кандэнсатара змяняецца з-за камбінацыі плошчы дыэлектрычнага матэрыялу і дыэлектрычнай пранікальнасці паветра. Акрамя таго, аб'ект можна падключыць да адной з абкладак кандэнсатара. Па меры руху аб'екта абкладкі збліжаюцца або аддаляюцца, і змяненне ёмістасці выкарыстоўваецца для вызначэння адноснага становішча.
Ёмістныя датчыкі могуць вымяраць зрушэнне, адлегласць, становішча і таўшчыню аб'ектаў. Дзякуючы высокай стабільнасці і раздзяляльнай здольнасці сігналу, ёмістныя датчыкі зрушэння выкарыстоўваюцца ў лабараторных і прамысловых умовах. Напрыклад, ёмістныя датчыкі выкарыстоўваюцца для вымярэння таўшчыні плёнкі і клею ў аўтаматызаваных працэсах. У прамысловых машынах яны выкарыстоўваюцца для кантролю зрушэння і становішча інструмента.
Магнітастрыкцыя — гэта ўласцівасць ферамагнітных матэрыялаў, якая прымушае матэрыял змяняць свой памер або форму пры ўздзеянні магнітнага поля. У магнітастрыкцыйным датчыку становішча рухомы магніт становішча прымацаваны да аб'екта вымярэння. Ён складаецца з хвалявода, які складаецца з правадоў, па якіх праходзяць імпульсы току, падлучаных да датчыка, размешчанага ў канцы хвалявода (малюнак 3). Калі імпульс току пасылаецца па хваляводу, у дроце ствараецца магнітнае поле, якое ўзаемадзейнічае з восевым магнітным полем пастаяннага магніта (магніт у поршні цыліндру, малюнак 3a). Узаемадзеянне поля выклікана скручваннем (эфект Відэмана), якое напружвае дрот, ствараючы акустычны імпульс, які распаўсюджваецца ўздоўж хвалявода і выяўляецца датчыкам у канцы хвалявода (мал. 3b). Вымяраючы час, які прайшоў паміж пачаткам імпульсу току і выяўленнем акустычнага імпульсу, можна вымераць адноснае становішча магніта становішча і, такім чынам, аб'екта (мал. 3c).
Магнітастрыкцыйныя датчыкі становішча — гэта бескантактавыя датчыкі, якія выкарыстоўваюцца для вызначэння лінейнага становішча. Хваляводы часта размяшчаюцца ў трубках з нержавеючай сталі або алюмінія, што дазваляе выкарыстоўваць гэтыя датчыкі ў забруджаных або вільготных умовах.
Калі тонкі плоскі праваднік змяшчаецца ў магнітнае поле, любы ток, які працякае, мае тэндэнцыю назапашвацца на адным баку правадніка, ствараючы рознасць патэнцыялаў, якая называецца напружаннем Хола. Калі ток у правадніку пастаянны, велічыня напружання Хола будзе адлюстроўваць сілу магнітнага поля. У датчыку становішча на эфекце Хола аб'ект злучаны з магнітам, размешчаным у стрыжні датчыка. Па меры руху аб'екта становішча магніта змяняецца адносна элемента Хола, што прыводзіць да змены напружання Хола. Вымяраючы напружанне Хола, можна вызначыць становішча аб'екта. Існуюць спецыялізаваныя датчыкі становішча на эфекце Хола, якія могуць вызначаць становішча ў трох вымярэннях (малюнак 4). Датчыкі становішча на эфекце Хола - гэта бескантактавыя прылады, якія забяспечваюць высокую надзейнасць і хуткае вызначэнне, і працуюць у шырокім дыяпазоне тэмператур. Яны выкарыстоўваюцца ў розных бытавых, прамысловых, аўтамабільных і медыцынскіх прымяненнях.
Існуюць два асноўныя тыпы валаконна-аптычных датчыкаў. Ва ўласных валаконна-аптычных датчыках валакно выкарыстоўваецца ў якасці адчувальнага элемента. У знешніх валаконна-аптычных датчыках валаконная оптыка спалучаецца з іншай тэхналогіяй датчыкаў для перадачы сігналу на дыстанцыйную электроніку для апрацоўкі. У выпадку вымярэнняў становішча ўласнага валакна для вызначэння часовай затрымкі можна выкарыстоўваць такую ​​прыладу, як аптычны рэфлектометр у часовай вобласці. Зрух даўжыні хвалі можна разлічыць з дапамогай прыбора, які рэалізуе аптычны рэфлектометр у частотнай вобласці. Валаконна-аптычныя датчыкі неўспрымальныя да электрамагнітных перашкод, могуць быць распрацаваны для працы пры высокіх тэмпературах і не праводзяць ток, таму іх можна выкарыстоўваць побач з высокім ціскам або лёгкаўзгаральнымі матэрыяламі.
Для вымярэння становішча таксама можа выкарыстоўвацца іншы валаконна-аптычны датчык, заснаваны на тэхналогіі валаконнай брэгаўскай рашоткі (ВБР). ВБР дзейнічае як режекторны фільтр, які адлюстроўвае невялікую частку святла, сканцэнтраванага на даўжыні хвалі Брэга (λB), пры асвятленні шырокаспектральным святлом. Яна выраблена з мікраструктурамі, выгравіраванымі ў стрыжні валакна. ВБР могуць выкарыстоўвацца для вымярэння розных параметраў, такіх як тэмпература, дэфармацыя, ціск, нахіл, зрушэнне, паскарэнне і нагрузка.
Існуе два тыпы аптычных датчыкаў становішча, таксама вядомых як аптычныя энкодэры. У адным выпадку святло пасылаецца на прыёмнік на другім канцы датчыка. У другім тыпе выпраменьваны светлавы сігнал адлюстроўваецца ад кантраляванага аб'екта і вяртаецца да крыніцы святла. У залежнасці ад канструкцыі датчыка, змены ўласцівасцей святла, такіх як даўжыня хвалі, інтэнсіўнасць, фаза або палярызацыя, выкарыстоўваюцца для вызначэння становішча аб'екта. Аптычныя датчыкі становішча на аснове энкодэраў даступныя для лінейнага і вярчальнага руху. Гэтыя датчыкі падзяляюцца на тры асноўныя катэгорыі: прапускальныя аптычныя энкодэры, адбівальныя аптычныя энкодэры і інтэрфераметрычныя аптычныя энкодэры.
Ультрагукавыя датчыкі становішча выкарыстоўваюць п'езаэлектрычныя крышталічныя пераўтваральнікі для выпраменьвання высокачастотных ультрагукавых хваль. Датчык вымярае адлюстраваны гук. Ультрагукавыя датчыкі могуць выкарыстоўвацца як простыя датчыкі блізкасці, або больш складаныя канструкцыі могуць даць інфармацыю аб далёкасці. Ультрагукавыя датчыкі становішча працуюць з мэтавымі аб'ектамі з розных матэрыялаў і паверхневых элементаў і могуць выяўляць невялікія аб'екты на большых адлегласцях, чым многія іншыя тыпы датчыкаў становішча. Яны ўстойлівыя да вібрацыі, навакольнага шуму, інфрачырвонага выпраменьвання і электрамагнітных перашкод. Прыклады прымянення ультрагукавых датчыкаў становішча ўключаюць выяўленне ўзроўню вадкасці, высакахуткасны падлік аб'ектаў, рабатызаваныя навігацыйныя сістэмы і аўтамабільныя датчыкі. Тыповы аўтамабільны ультрагукавы датчык складаецца з пластыкавага корпуса, п'езаэлектрычнага пераўтваральніка з дадатковай мембранай і друкаванай платы з электроннымі схемамі і мікракантролерамі для перадачы, прыёму і апрацоўкі сігналаў (малюнак 5).
Датчыкі становішча могуць вымяраць абсалютны або адносны лінейны, вярчальны і вуглавы рух аб'ектаў. Датчыкі становішча могуць вымяраць рух такіх прылад, як прывады або рухавікі. Яны таксама выкарыстоўваюцца ў мабільных платформах, такіх як робаты і аўтамабілі. У датчыках становішча выкарыстоўваецца мноства тэхналогій з рознымі камбінацыямі экалагічнай трываласці, кошту, дакладнасці, паўтаральнасці і іншых атрыбутаў.
3D-магнітныя датчыкі становішча, Allegro Microsystems. Аналіз і павышэнне бяспекі ультрагукавых датчыкаў для аўтаномных транспартных сродкаў, IEEE Internet of Things Journal. Як выбраць датчык становішча, Cambridge Integrated Circuits. Тыпы датчыкаў становішча, Ixthus Instrumentation. Што такое індуктыўны датчык становішча?, Keyence. Што такое магнітастрыкцыйнае вымярэнне становішча?, AMETEK.
Праглядзіце апошнія і папярэднія выпускі часопіса Design World у зручным для выкарыстання фармаце высокай якасці. Рэдагуйце, дзяліцеся і спампоўвайце сёння з дапамогай вядучага часопіса па дызайнерскай інжынерыі.
Найбуйнейшы ў свеце форум па рашэнню праблем у галіне электроннага абсталявання, які ахоплівае мікракантролеры, лічбавыя працэсары сігналізацыі, сеткі, аналагавае і лічбавае праектаванне, радыёчастотныя сеткі, сілавую электроніку, трасіроўку друкаваных плат і многае іншае.
Аўтарскае права © 2022 WTWH Media LLC. Усе правы абаронены. Матэрыялы гэтага сайта не могуць быць прайграныя, распаўсюджаныя, пераданыя, кэшаваныя або выкарыстаныя іншым чынам без папярэдняга пісьмовага дазволу WTWH Media. Палітыка прыватнасці | Рэклама | Пра нас