Alates robotiseeritud ajamikettidest kuni konveierilintideni tarneahela toimingutes ja tuuleturbiinide tornide kõikumiseni on positsiooni tuvastamine kriitilise tähtsusega funktsioon paljudes rakendustes. See võib esineda mitmel kujul, sealhulgas lineaarsed, pöörlevad, nurk-, absoluutsed, inkrementaalsed, kontakt- ja kontaktivabad andurid. On välja töötatud spetsiaalsed andurid, mis suudavad määrata positsiooni kolmes dimensioonis. Positsioneerimise tehnoloogiate hulka kuuluvad potentsiomeetrilised, induktiivsed, pöörisvoolu-, mahtuvuslikud, magnetostriktiivsed, Halli efekti, fiiberoptilised, optilised ja ultraheliandurid.
See KKK annab lühikese sissejuhatuse erinevatesse asukoha tuvastamise vormidesse ja seejärel vaatab üle mitmed tehnoloogiad, mille hulgast disainerid saavad asukoha tuvastamise lahenduse rakendamisel valida.
Potentsiomeetrilised asendiandurid on takistusel põhinevad seadmed, mis ühendavad fikseeritud takistusrööpa klaasipuhastiga, mis on kinnitatud objekti külge, mille asendit tuleb mõõta. Objekti liikumine liigutab klaasipuhasteid mööda rada. Objekti asukohta mõõdetakse pingejagurivõrgu abil, mis koosneb rööbastest ja klaasipuhastitest, et mõõta lineaarset või pöörlevat liikumist fikseeritud alalispingega (joonis 1). Potentsiomeetrilised andurid on odavad, kuid neil on üldiselt madal täpsus ja korduvus.
Induktiivsed positsiooniandurid kasutavad anduri mähises indutseeritud magnetvälja omaduste muutusi. Sõltuvalt oma arhitektuurist saavad nad mõõta lineaarset või pöörlevat asendit. Lineaarsed muudetava diferentsiaaltrafo (LVDT) positsiooniandurid kasutavad kolme mähist, mis on mähitud õõnsa toru ümber; primaarmähis ja kaks sekundaarmähist. Mähised on ühendatud järjestikku ja sekundaarmähise faasisuhe on primaarmähise suhtes 180° faasist nihkes. Toru sisse asetatakse ferromagnetiline südamik, mida nimetatakse armatuuriks, ja see on ühendatud mõõdetavas kohas oleva objektiga. Primaarmähisele rakendatakse ergastuspinget ja sekundaarmähises indutseeritakse elektromagnetiline jõud (EMF). Sekundaarmähiste vahelise pinge erinevuse mõõtmise abil saab määrata armatuuri ja selle kinnitusdetailide suhtelist asukohta. Pöörleva pinge diferentsiaaltrafo (RVDT) kasutab pöörleva asendi jälgimiseks sama tehnikat. LVDT ja RVDT andurid pakuvad head täpsust, lineaarsust, eraldusvõimet ja suurt tundlikkust. Need on hõõrdevabad ja neid saab tihendada kasutamiseks karmides keskkondades.
Pöörisvoolu asendiandurid töötavad juhtivate objektidega. Pöörisvoolud on indutseeritud voolud, mis tekivad juhtivates materjalides muutuva magnetvälja juuresolekul. Need voolud voolavad suletud ahelas ja tekitavad sekundaarse magnetvälja. Pöörisvooluandurid koosnevad mähistest ja lineariseerimisahelatest. Vahelduvvool annab mähisele energiat, et luua primaarne magnetväli. Kui objekt läheneb mähisele või liigub sellest eemale, saab selle asukohta tuvastada pöörisvoolude tekitatud sekundaarse välja vastastikmõju abil, mis mõjutab mähise impedantsi. Kui objekt läheneb mähisele, suurenevad pöörisvoolu kaod ja võnkepinge väheneb (joonis 2). Võnkepinget alaldatakse ja töödeldakse lineariseerimisahelaga, et tekitada lineaarne alalisvoolu väljund, mis on proportsionaalne objekti kaugusega.
Pöörisvooluandurid on vastupidavad ja kontaktivabad seadmed, mida tavaliselt kasutatakse lähedusanduritena. Need on igasuunalised ja suudavad määrata objekti suhtelise kauguse, kuid mitte suuna ega absoluutse kauguse.
Nagu nimigi ütleb, mõõdavad mahtuvuslikud positsiooniandurid mahtuvuse muutusi, et määrata tuvastatava objekti asukohta. Neid kontaktivabu andureid saab kasutada lineaarse või pöörleva asendi mõõtmiseks. Need koosnevad kahest dielektrilise materjaliga eraldatud plaadist ja kasutavad objekti asukoha tuvastamiseks ühte kahest meetodist:
Dielektrilise konstandi muutmiseks kinnitatakse objekt, mille asukohta soovitakse tuvastada, dielektrilise materjali külge. Dielektrilise materjali liikumisel muutub kondensaatori efektiivne dielektriline konstant dielektrilise materjali pindala ja õhu dielektrilise konstandi kombinatsiooni tõttu. Teise võimalusena saab objekti ühendada ühe kondensaatoriplaadiga. Objekti liikumisel liiguvad plaadid lähemale või kaugemale ja mahtuvuse muutust kasutatakse suhtelise asukoha määramiseks.
Mahtuvusandurid suudavad mõõta objektide nihet, kaugust, asukohta ja paksust. Tänu oma kõrgele signaali stabiilsusele ja eraldusvõimele kasutatakse mahtuvuslikke nihkeandureid labori- ja tööstuskeskkondades. Näiteks kasutatakse mahtuvusandureid kile paksuse ja liimirakenduste mõõtmiseks automatiseeritud protsessides. Tööstusmasinates kasutatakse neid nihke ja tööriista asendi jälgimiseks.
Magnetostriktsioon on ferromagnetiliste materjalide omadus, mis põhjustab materjali suuruse või kuju muutmist magnetvälja rakendamisel. Magnetostriktiivses asendianduris on mõõdetava objekti külge kinnitatud liikuv asendimagnet. See koosneb lainejuhist, mis koosneb vooluimpulsse kandvatest juhtmetest, mis on ühendatud lainejuhi otsas asuva anduriga (joonis 3). Kui vooluimpulss saadetakse mööda lainejuhti, tekib juhtmes magnetväli, mis interakteerub püsimagneti (silindri kolvis oleva magneti, joonis 3a) aksiaalse magnetväljaga. Välja interaktsiooni põhjustab keerdumine (Wiedemanni efekt), mis pingestab traati, tekitades akustilise impulsi, mis levib mööda lainejuhti ja mida tuvastab lainejuhi otsas olev andur (joonis 3b). Mõõtes vooluimpulsi algatamise ja akustilise impulsi tuvastamise vahelist aega, saab mõõta asendimagneti ja seega ka objekti suhtelist asukohta (joonis 3c).
Magnetostriktiivsed positsiooniandurid on kontaktivabad andurid, mida kasutatakse lineaarse positsiooni tuvastamiseks. Lainejuhid on sageli paigutatud roostevabast terasest või alumiiniumist torudesse, mis võimaldab neid andureid kasutada määrdunud või märjas keskkonnas.
Kui õhuke, lame juht asetatakse magnetvälja, kipub iga voolav vool juhi ühel küljel kogunema, tekitades potentsiaalide erinevuse, mida nimetatakse Halli pingeks. Kui juhi vool on konstantne, peegeldab Halli pinge suurus magnetvälja tugevust. Halli efekti positsioonianduris on objekt ühendatud anduri võllis asuva magnetiga. Objekti liikumisel muutub magneti asukoht Halli elemendi suhtes, mille tulemuseks on muutuv Halli pinge. Halli pinge mõõtmise abil saab määrata objekti asukoha. On olemas spetsiaalsed Halli efekti positsiooniandurid, mis suudavad määrata asukohta kolmes dimensioonis (joonis 4). Halli efekti positsiooniandurid on kontaktivabad seadmed, mis pakuvad suurt töökindlust ja kiiret tuvastamist ning töötavad laias temperatuurivahemikus. Neid kasutatakse mitmesugustes tarbija-, tööstus-, auto- ja meditsiinirakendustes.
Kiudoptilisi andureid on kahte põhitüüpi. Sisemistes kiudoptilistes andurites kasutatakse kiudu andurielemendina. Välistes kiudoptilistes andurites kombineeritakse kiudoptikat teise anduritehnoloogiaga, et edastada signaal töötlemiseks kaugelektroonikale. Sisemiste kiudpositsiooni mõõtmiste korral saab ajanihke määramiseks kasutada seadet, näiteks optilist ajadomeeni reflektomeetrit. Lainepikkuse nihet saab arvutada instrumendi abil, mis rakendab optilist sagedusdomeeni reflektomeetrit. Kiudoptilised andurid on elektromagnetiliste häirete suhtes immuunsed, neid saab konstrueerida töötama kõrgetel temperatuuridel ja need ei ole juhtivad, seega saab neid kasutada kõrgsurve või tuleohtlike materjalide läheduses.
Asukoha mõõtmiseks saab kasutada ka teist kiudoptilist andurit, mis põhineb kiud-Braggi võre (FBG) tehnoloogial. FBG toimib sälkfiltrina, peegeldades laia spektriga valgusega valgustamisel väikese osa Braggi lainepikkusele (λB) keskendunud valgusest. See on valmistatud kiudsüdamikku söövitatud mikrostruktuuridega. FBG-sid saab kasutada mitmesuguste parameetrite, näiteks temperatuuri, deformatsiooni, rõhu, kalde, nihke, kiirenduse ja koormuse mõõtmiseks.
Optilisi positsiooniandureid, tuntud ka kui optilised kodeerijad, on kahte tüüpi. Ühel juhul saadetakse valgus anduri teises otsas asuvasse vastuvõtjasse. Teisel tüübil peegeldab jälgitav objekt kiiratavat valgussignaali ja suunab selle tagasi valgusallikasse. Sõltuvalt anduri konstruktsioonist kasutatakse objekti asukoha määramiseks valguse omaduste, näiteks lainepikkuse, intensiivsuse, faasi või polarisatsiooni muutusi. Kodeerijal põhinevad optilised positsiooniandurid on saadaval lineaarse ja pöörleva liikumise jaoks. Need andurid jagunevad kolme põhikategooriasse: läbilaskvad optilised kodeerijad, peegeldavad optilised kodeerijad ja interferomeetrilised optilised kodeerijad.
Ultraheli positsiooniandurid kasutavad kõrgsageduslike ultrahelilainete kiirgamiseks piesoelektrilisi kristallmuundureid. Andur mõõdab peegeldunud heli. Ultraheli andureid saab kasutada lihtsate lähedusanduritena või keerukamate konstruktsioonidega, mis võivad anda kaugusteavet. Ultraheli positsiooniandurid töötavad mitmesugustest materjalidest ja pinnaomadustega sihtobjektidega ning suudavad tuvastada väikeseid objekte suuremal kaugusel kui paljud teist tüüpi positsiooniandurid. Need on vastupidavad vibratsioonile, ümbritsevale mürale, infrapunakiirgusele ja elektromagnetilistele häiretele. Ultraheli positsiooniandurite rakenduste näideteks on vedeliku taseme tuvastamine, objektide kiire loendamine, robotnavigatsioonisüsteemid ja autotööstuses tuvastamine. Tüüpiline autotööstuse ultraheliandur koosneb plastkorpusest, lisamembraaniga piesoelektrilisest muundurist ja trükkplaadist koos elektrooniliste vooluringide ja mikrokontrolleritega signaalide edastamiseks, vastuvõtmiseks ja töötlemiseks (joonis 5).
Positsiooniandurid suudavad mõõta objektide absoluutset või suhtelist lineaarset, pöörlevat ja nurkliikumist. Positsiooniandurid suudavad mõõta selliste seadmete nagu ajamite või mootorite liikumist. Neid kasutatakse ka mobiilplatvormidel, näiteks robotites ja autodes. Positsiooniandurites kasutatakse mitmesuguseid tehnoloogiaid, millel on erinevad keskkonnakindluse, maksumuse, täpsuse, korduvuse ja muude omaduste kombinatsioonid.
3D-magnetilised positsiooniandurid, Allegro MicrosystemsUltraheliandurite turvalisuse analüüsimine ja täiustamine autonoomsetes sõidukites, IEEE asjade interneti ajakiriKuidas valida positsiooniandurit, Cambridge'i integraallülitusedPositsiooniandurite tüübid, Ixthus InstrumentationMis on induktiivne positsiooniandur?, KeyenceMis on magnetostriktiivne positsioonituvastus?, AMETEK
Sirvi Design Worldi uusimaid ja varasemaid numbreid hõlpsasti kasutatavas ja kvaliteetses vormingus. Redigeeri, jaga ja laadi alla juba täna juhtiva disainitehnika ajakirja abil.
Maailma juhtiv probleemide lahendamise EE foorum, mis hõlmab mikrokontrollereid, DSP-d, võrgustamist, analoog- ja digitaaldisaini, raadiosagedust, jõuelektroonikat, trükkplaatide marsruutimist ja palju muud.
Autoriõigus © 2022 WTWH Media LLC. Kõik õigused kaitstud. Sellel saidil olevat materjali ei tohi ilma WTWH Media eelneva kirjaliku loata paljundada, levitada, edastada, vahemällu salvestada ega muul viisil kasutada. Privaatsuspoliitika | Reklaam | Meist