Da e catene di trasmissione robotiche à i nastri trasportatori in l'operazioni di a catena di furnimentu à l'oscillazione di e torri di e turbine eoliche, u rilevamentu di a pusizione hè una funzione critica in una vasta gamma di applicazioni. Pò piglià parechje forme, cumprese sensori lineari, rotativi, angulari, assoluti, incrementali, di cuntattu è senza cuntattu. Sò stati sviluppati sensori specializati chì ponu determinà a pusizione in trè dimensioni. E tecnulugie di rilevamentu di a pusizione includenu potenziometrica, induttiva, à currente parassita, capacitiva, magnetostrittiva, à effettu Hall, in fibra ottica, ottica è ultrasonica.
Questa FAQ furnisce una breve introduzione à e diverse forme di rilevamentu di pusizione, poi esamina una gamma di tecnulugie chì i cuncettori ponu sceglie quandu implementanu una suluzione di rilevamentu di pusizione.
I sensori di pusizione potenziometrica sò dispositivi basati nantu à a resistenza chì combinanu una pista resistiva fissa cù un tergicristallu attaccatu à l'ughjettu chì a so pusizione deve esse rilevata. U muvimentu di l'ughjettu move i tergicristalli longu a pista. A pusizione di l'ughjettu hè misurata aduprendu una rete di divisori di tensione furmata da rotaie è tergicristalli per misurà u muvimentu lineare o rotazionale cù una tensione CC fissa (Figura 1). I sensori potenziometrici sò à pocu costu, ma generalmente anu una bassa precisione è ripetibilità.
I sensori di pusizione induttivi utilizanu cambiamenti in e proprietà di u campu magneticu induttu in a bobina di u sensore. Sicondu a so architettura, ponu misurà a pusizione lineare o rotazionale. I sensori di pusizione di u Trasformatore Differenziale Variabile Lineare (LVDT) utilizanu trè bobine avvolte intornu à un tubu cavu; una bobina primaria è duie bobine secundarie. E bobine sò cunnesse in serie, è a relazione di fase di a bobina secundaria hè 180° sfasata rispettu à a bobina primaria. Un core ferromagneticu chjamatu armatura hè piazzatu in u tubu è cunnessu à l'ughjettu in u locu chì hè misuratu. Una tensione d'eccitazione hè applicata à a bobina primaria è una forza elettromagnetica (EMF) hè indotta in a bobina secundaria. Misurà a differenza di tensione trà e bobine secundarie, si pò determinà a pusizione relativa di l'armatura è ciò à chì hè attaccata. Un trasformatore differenziale di tensione rotante (RVDT) usa a stessa tecnica per seguità a pusizione rotante. I sensori LVDT è RVDT offrenu una bona precisione, linearità, risoluzione è alta sensibilità. Sò senza attritu è ​​ponu esse sigillati per l'usu in ambienti difficili.
I sensori di pusizione di currenti parassite funzionanu cù oggetti conduttivi. E currenti parassite sò currenti indotte chì si verificanu in materiali conduttivi in ​​presenza di un campu magneticu variabile. Queste currenti scorrenu in un circuitu chjusu è generanu un campu magneticu secundariu. I sensori di currenti parassite sò custituiti da bobine è circuiti di linearizazione. A corrente alternata energizza a bobina per creà u campu magneticu primariu. Quandu un oggettu s'avvicina o si alluntana da a bobina, a so pusizione pò esse rilevata utilizendu l'interazione di u campu secundariu pruduttu da e currenti parassite, chì affetta l'impedenza di a bobina. Quandu l'oggettu si avvicina à a bobina, e perdite di currenti parassite aumentanu è a tensione oscillante diventa più chjuca (Figura 2). A tensione oscillante hè rettificata è trattata da un circuitu linearizzatore per pruduce una uscita CC lineare proporzionale à a distanza di l'oggettu.
I dispusitivi à currenti parassite sò dispusitivi robusti, senza cuntattu, tipicamente usati cum'è sensori di prossimità. Sò omnidirezionali è ponu determinà a distanza relativa à l'ughjettu, ma micca a direzzione o a distanza assoluta à l'ughjettu.
Cum'è u nome suggerisce, i sensori di pusizione capacitivi misuranu i cambiamenti di capacità per determinà a pusizione di l'ughjettu rilevatu. Quessi sensori senza cuntattu ponu esse aduprati per misurà a pusizione lineare o rotazionale. Sò custituiti da duie piastre separate da un materiale dielettricu è utilizanu unu di dui metudi per rilevà a pusizione di un ughjettu:
Per causà un cambiamentu in a costante dielettrica, l'ughjettu chì a so pusizione deve esse rilevata hè attaccatu à u materiale dielettricu. Mentre u materiale dielettricu si move, a costante dielettrica efficace di u condensatore cambia per via di a cumbinazione di l'area di u materiale dielettricu è a costante dielettrica di l'aria. In alternativa, l'ughjettu pò esse cunnessu à una di e piastre di u condensatore. Mentre l'ughjettu si move, e piastre si avvicinanu o si alluntananu, è u cambiamentu di capacità hè adupratu per determinà a pusizione relativa.
I sensori capacitivi ponu misurà u spustamentu, a distanza, a pusizione è u spessore di l'uggetti. A causa di a so alta stabilità di signale è risoluzione, i sensori di spustamentu capacitivi sò aduprati in ambienti di laburatoriu è industriali. Per esempiu, i sensori capacitivi sò aduprati per misurà u spessore di u film è l'applicazioni adesive in prucessi automatizati. In e macchine industriali, sò aduprati per monitorà u spustamentu è a pusizione di l'utensili.
A magnetostrizione hè una pruprietà di i materiali ferromagnetichi chì face chì u materiale cambi a so dimensione o forma quandu un campu magneticu hè applicatu. In un sensore di pusizione magnetostrittivu, un magnete di pusizione mobile hè attaccatu à l'ughjettu chì hè misuratu. Si compone di una guida d'onda custituita da fili chì portanu impulsi di corrente, cunnessi à un sensore situatu à a fine di a guida d'onda (Figura 3). Quandu un impulsu di corrente hè mandatu longu a guida d'onda, un campu magneticu hè creatu in u filu chì interagisce cù u campu magneticu assiale di u magnete permanente (u magnete in u pistone di u cilindru, Figura 3a). L'interazione di u campu hè causata da a torsione (l'effettu Wiedemann), chì sforza u filu, producendu un impulsu acusticu chì si propaga longu a guida d'onda è hè rilevatu da un sensore à a fine di a guida d'onda (Fig. 3b). Misurà u tempu trascorsu trà l'iniziu di l'impulsu di corrente è a rilevazione di l'impulsu acusticu, si pò misurà a pusizione relativa di u magnete di pusizione è dunque di l'ughjettu (Fig. 3c).
I sensori di pusizione magnetostrittivi sò sensori senza cuntattu utilizati per rilevà a pusizione lineare. E guide d'onda sò spessu allughjate in tubi d'acciaiu inox o d'aluminiu, chì permettenu à questi sensori di esse aduprati in ambienti sporchi o umidi.
Quandu un cunduttore magre è pianu hè piazzatu in un campu magneticu, ogni corrente chì scorre tende à accumulà si da una parte di u cunduttore, creendu una differenza di putenziale chjamata tensione di Hall. Se a corrente in u cunduttore hè costante, a magnitudine di a tensione di Hall rifletterà a forza di u campu magneticu. In un sensore di pusizione à effettu Hall, l'ughjettu hè cunnessu à un magnetu allughjatu in l'asta di u sensore. Mentre l'ughjettu si move, a pusizione di u magnetu cambia in relazione à l'elementu Hall, risultendu in una tensione di Hall chì cambia. Misurà a tensione di Hall, si pò determinà a pusizione di un ughjettu. Ci sò sensori di pusizione à effettu Hall specializati chì ponu determinà a pusizione in trè dimensioni (Figura 4). I sensori di pusizione à effettu Hall sò dispositivi senza cuntattu chì furniscenu alta affidabilità è rilevamentu rapidu, è operanu in una vasta gamma di temperature. Sò aduprati in una gamma di applicazioni di cunsumu, industriali, automobilistiche è mediche.
Ci sò dui tipi basi di sensori in fibra ottica. In i sensori in fibra ottica intrinsechi, a fibra hè aduprata cum'è elementu di rilevamentu. In i sensori in fibra ottica esterni, a fibra ottica hè cumminata cù un'altra tecnulugia di sensori per trasmette u signale à l'elettronica remota per l'elaborazione. In u casu di misurazioni di pusizione intrinseche di a fibra, un dispositivu cum'è un riflettometru di duminiu di u tempu otticu pò esse adupratu per determinà u ritardu di tempu. U cambiamentu di lunghezza d'onda pò esse calculatu aduprendu un strumentu chì implementa un riflettometru di duminiu di frequenza ottica. I sensori in fibra ottica sò immuni à l'interferenze elettromagnetiche, ponu esse cuncipiti per funziunà à alte temperature è ùn sò micca conduttivi, dunque ponu esse aduprati vicinu à materiali ad alta pressione o inflammabili.
Un altru rilevamentu di fibra ottica basatu annantu à a tecnulugia di fibra di Bragg grating (FBG) pò ancu esse adupratu per a misurazione di a pusizione. L'FBG agisce cum'è un filtru notch, riflettendu una piccula frazione di a luce centrata annantu à a lunghezza d'onda di Bragg (λB) quandu hè illuminata da una luce à spettru largu. Hè fabbricatu cù microstrutture incise in u core di a fibra. I FBG ponu esse aduprati per misurà diversi parametri cum'è a temperatura, a deformazione, a pressione, l'inclinazione, u spustamentu, l'accelerazione è u caricu.
Ci sò dui tipi di sensori di pusizione ottica, cunnisciuti ancu cum'è encoder ottici. In un casu, a luce hè mandata à un ricevitore à l'altra estremità di u sensore. In u secondu tipu, u signale luminosu emessu hè riflessu da l'ughjettu monitoratu è rinviatu à a fonte luminosa. Sicondu u disignu di u sensore, i cambiamenti in e proprietà di a luce, cum'è a lunghezza d'onda, l'intensità, a fase o a polarizazione, sò aduprati per determinà a pusizione di un ughjettu. I sensori di pusizione ottica basati nantu à l'encoder sò dispunibili per u muvimentu lineare è rotativu. Quessi sensori si dividenu in trè categurie principali; encoder ottici trasmissivi, encoder ottici riflettenti è encoder ottici interferometrici.
I sensori di pusizione à ultrasoni utilizanu trasduttori di cristalli piezoelettrici per emette onde ultrasoniche d'alta frequenza. U sensore misura u sonu riflessu. I sensori à ultrasoni ponu esse aduprati cum'è sensori di prossimità simplici, o disinni più cumplessi ponu furnisce informazioni di distanza. I sensori di pusizione à ultrasoni funzionanu cù oggetti target di una varietà di materiali è caratteristiche di a superficia, è ponu rilevà picculi oggetti à distanze più grande di parechji altri tipi di sensori di pusizione. Sò resistenti à vibrazioni, rumore ambientale, radiazioni infrarosse è interferenze elettromagnetiche. Esempi di applicazioni chì utilizanu sensori di pusizione à ultrasoni includenu a rilevazione di u livellu di liquidu, u conteggio à alta velocità di oggetti, sistemi di navigazione robotica è rilevamento automobilistico. Un sensore à ultrasoni tipicu per l'automobile hè custituitu da un alloggiamentu di plastica, un trasduttore piezoelettrico cù una membrana addizionale è una scheda à circuitu stampatu cù circuiti elettronichi è microcontrollori per trasmette, riceve è processà segnali (Figura 5).
I sensori di pusizione ponu misurà u muvimentu lineare, rotazionale è angulare assolutu o relativu di l'uggetti. I sensori di pusizione ponu misurà u muvimentu di dispositivi cum'è attuatori o motori. Sò ancu aduprati in piattaforme mobili cum'è robot è vitture. Una varietà di tecnulugie sò aduprate in i sensori di pusizione cù varie cumminazzioni di durabilità ambientale, costu, precisione, ripetibilità è altri attributi.
Sensori di pusizione magnetichi 3D, Allegro MicrosystemsAnalizazione è Migliuramentu di a Sicurezza di i Sensori Ultrasonichi per Veiculi Autonomi, IEEE Internet of Things JournalCumu selezziunà un sensore di pusizione, Cambridge Integrated CircuitsTipi di sensori di pusizione, Ixthus InstrumentationChì ghjè un sensore di pusizione induttivu?, KeyenceChì ghjè u Rilevamentu di Posizione Magnetostrittivu?, AMETEK
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