Robottikäyttöisistä käyttöketjuista toimitusketjun kuljetinhihnoihin ja tuuliturbiinitornien heilumiseen, paikannus on kriittinen toiminto monissa sovelluksissa. Se voi olla monenlaista, mukaan lukien lineaariset, pyörivät, kulma-, absoluuttiset, inkrementaaliset, kosketus- ja kosketuksettomat anturit. On kehitetty erikoisantureita, jotka pystyvät määrittämään sijainnin kolmiulotteisesti. Paikannustekniikoihin kuuluvat potentiometriset, induktiiviset, pyörrevirta-, kapasitiiviset, magnetostriktiiviset, Hall-ilmiöön perustuvat, kuituoptiset, optiset ja ultraäänianturit.
Tämä usein kysyttyjen kysymysten osio tarjoaa lyhyen johdannon erilaisiin paikannusmenetelmiin ja tarkastelee sitten erilaisia ​​tekniikoita, joista suunnittelijat voivat valita paikannusratkaisua toteuttaessaan.
Potentiometriset asentoanturit ovat vastuspohjaisia ​​laitteita, jotka yhdistävät kiinteän resistiivisen kiskon pyyhkimeen, joka on kiinnitetty kohteeseen, jonka asentoa on tarpeen mitata. Kohteen liike liikuttaa pyyhkijöitä kiskoa pitkin. Kohteen sijainti mitataan käyttämällä kiskojen ja pyyhkijöiden muodostamaa jännitteenjakajaverkkoa lineaarisen tai pyörivän liikkeen mittaamiseksi kiinteällä tasajännitteellä (kuva 1). Potentiometriset anturit ovat edullisia, mutta niiden tarkkuus ja toistettavuus ovat yleensä heikkoja.
Induktiiviset asentoanturit hyödyntävät anturin kelaan indusoidun magneettikentän ominaisuuksien muutoksia. Arkkitehtuuristaan ​​riippuen ne voivat mitata lineaarista tai pyörivää asentoa. Lineaariset vaihtelevan differentiaalimuuntajan (LVDT) asentoanturit käyttävät kolmea kelaa, jotka on kiedottu onton putken ympärille: ensiökäämin ja kaksi toisiokäämiä. Käämit on kytketty sarjaan, ja toisiokäämin vaihesuhde on 180° vaiheeltaan erilainen ensiökäämiin nähden. Putken sisään asetetaan ferromagneettinen ydin, jota kutsutaan ankkuriksi, ja se on kytketty mitattavaan kohteeseen. Ensiökäämiin kohdistetaan herätejännite, ja toisiokäämiin indusoidaan sähkömagneettinen voima (EMF). Mittaamalla toisiokäämien välinen jännite-ero voidaan määrittää ankkurin ja sen kiinnityskohdan suhteellinen sijainti. Pyörivä jännite-differentiaalimuuntaja (RVDT) käyttää samaa tekniikkaa pyörivän asennon seuraamiseen. LVDT- ja RVDT-anturit tarjoavat hyvän tarkkuuden, lineaarisuuden, resoluution ja korkean herkkyyden. Ne ovat kitkattomia ja ne voidaan tiivistää käytettäväksi vaativissa ympäristöissä.
Pyörrevirta-anturit toimivat johtavien kappaleiden kanssa. Pyörrevirrat ovat indusoituneita virtoja, joita esiintyy johtavissa materiaaleissa muuttuvan magneettikentän läsnä ollessa. Nämä virrat virtaavat suljetussa silmukassa ja synnyttävät toissijaisen magneettikentän. Pyörrevirta-anturit koostuvat keloista ja linearisointipiireistä. Vaihtovirta antaa kelalle energiaa luoden ensisijaisen magneettikentän. Kun esine lähestyy kelaa tai liikkuu siitä poispäin, sen sijainti voidaan tunnistaa pyörrevirtojen tuottaman toissijaisen kentän vuorovaikutuksen avulla, mikä vaikuttaa kelan impedanssiin. Kun esine lähestyy kelaa, pyörrevirtahäviöt kasvavat ja värähtelyjännite pienenee (kuva 2). Linearisointipiiri tasasuuntaa ja käsittelee värähtelyjännitteen tuottaakseen lineaarisen tasavirran, joka on verrannollinen kohteen etäisyyteen.
Pyörrevirta-anturit ovat kestäviä, kosketuksettomia laitteita, joita tyypillisesti käytetään läheisyysantureina. Ne ovat monisuuntaisia ​​ja voivat määrittää suhteellisen etäisyyden kohteeseen, mutta eivät suuntaa tai absoluuttista etäisyyttä kohteeseen.
Kuten nimestä voi päätellä, kapasitiiviset asentoanturit mittaavat kapasitanssin muutoksia määrittääkseen tunnistettavan kohteen sijainnin. Näitä kosketuksettomia antureita voidaan käyttää lineaarisen tai pyörivän sijainnin mittaamiseen. Ne koostuvat kahdesta levystä, jotka on erotettu toisistaan ​​dielektrisellä materiaalilla, ja ne käyttävät yhtä kahdesta menetelmästä kohteen sijainnin havaitsemiseen:
Dielektrisyysvakion muutoksen aikaansaamiseksi kohde, jonka sijainti halutaan havaita, kiinnitetään dielektriseen materiaaliin. Dielektrisen materiaalin liikkuessa kondensaattorin efektiivinen dielektrisyysvakio muuttuu dielektrisen materiaalin pinta-alan ja ilman dielektrisyysvakion yhdistelmän vuoksi. Vaihtoehtoisesti kohde voidaan liittää yhteen kondensaattorilevyistä. Kohteen liikkuessa levyt liikkuvat lähemmäksi tai kauemmas, ja kapasitanssin muutosta käytetään suhteellisen sijainnin määrittämiseen.
Kapasitiiviset anturit voivat mitata esineiden siirtymää, etäisyyttä, sijaintia ja paksuutta. Korkean signaalivakautensa ja resoluutionsa ansiosta kapasitiivisia siirtymäantureita käytetään laboratorio- ja teollisuusympäristöissä. Esimerkiksi kapasitiivisia antureita käytetään kalvon paksuuden ja liimasovellusten mittaamiseen automatisoiduissa prosesseissa. Teollisuuskoneissa niitä käytetään siirtymän ja työkalun asennon valvontaan.
Magnetostriktio on ferromagneettisten materiaalien ominaisuus, joka aiheuttaa materiaalin koon tai muodon muutoksen magneettikentän vaikutuksesta. Magnetostriktiivisessä asentoanturissa mitattavaan kohteeseen on kiinnitetty liikkuva asentomagneetti. Se koostuu aaltojohtimesta, joka koostuu virtapulsseja kuljettavista johtimista ja on yhdistetty aaltojohtimen päässä sijaitsevaan anturiin (kuva 3). Kun virtapulssi lähetetään aaltojohtimessa, johtimeen syntyy magneettikenttä, joka on vuorovaikutuksessa kestomagneetin (sylinterin männässä olevan magneetin, kuva 3a) aksiaalisen magneettikentän kanssa. Kentän vuorovaikutus johtuu kiertämisestä (Wiedemannin ilmiö), joka kiristää johtoa ja tuottaa akustisen pulssin, joka etenee aaltojohtimessa ja jonka aaltojohtimen päässä oleva anturi havaitsee (kuva 3b). Mittaamalla virtapulssin alkamisen ja akustisen pulssin havaitsemisen välinen aika voidaan mitata asentomagneetin ja siten myös kohteen suhteellinen sijainti (kuva 3c).
Magnetostriktiiviset asentoanturit ovat kosketuksettomia antureita, joita käytetään lineaarisen aseman havaitsemiseen. Aaltojohtimet on usein sijoitettu ruostumattomasta teräksestä tai alumiinista valmistettuihin putkiin, minkä ansiosta näitä antureita voidaan käyttää likaisissa tai märissä ympäristöissä.
Kun ohut, litteä johdin asetetaan magneettikenttään, kaikki virtaava virta pyrkii kerääntymään johtimen toiselle puolelle, mikä luo potentiaalieron, jota kutsutaan Hall-jännitteeksi. Jos johtimen virta on vakio, Hall-jännitteen suuruus heijastaa magneettikentän voimakkuutta. Hall-ilmiöön perustuvassa asentoanturissa kohde on kytketty anturin varressa olevaan magneettiin. Kohteen liikkuessa magneetin sijainti muuttuu Hall-elementtiin nähden, mikä johtaa Hall-jännitteen muuttumiseen. Mittaamalla Hall-jännitettä voidaan määrittää kohteen sijainti. On olemassa erikoistuneita Hall-ilmiöön perustuvia asentoantureita, jotka voivat määrittää sijainnin kolmiulotteisesti (kuva 4). Hall-ilmiöön perustuvat asentoanturit ovat kosketuksettomia laitteita, jotka tarjoavat korkean luotettavuuden ja nopean tunnistuksen, ja toimivat laajalla lämpötila-alueella. Niitä käytetään useissa kuluttaja-, teollisuus-, auto- ja lääketieteellisissä sovelluksissa.
Kuituoptisia antureita on kahdenlaisia. Sisäisissä kuituoptisissa antureissa kuitua käytetään anturielementtinä. Ulkoisissa kuituoptisissa antureissa kuituoptiikka yhdistetään toiseen anturitekniikkaan signaalin välittämiseksi etäelektroniikkaan käsittelyä varten. Sisäisten kuidun sijaintimittausten tapauksessa viiveen määrittämiseen voidaan käyttää laitetta, kuten optista aikatason heijastinta. Aallonpituuden muutos voidaan laskea laitteella, joka toteuttaa optisen taajuusalueen heijastimen. Kuituoptiset anturit ovat immuuneja sähkömagneettisille häiriöille, ne voidaan suunnitella toimimaan korkeissa lämpötiloissa, ja ne ovat johtamattomia, joten niitä voidaan käyttää lähellä korkeaa painetta tai syttyviä materiaaleja.
Paikanmittaukseen voidaan käyttää myös toista kuituoptista anturitekniikkaa, joka perustuu kuitu-Bragg-hilatekniikkaan (FBG). FBG toimii lovisuodattimena, joka heijastaa pienen osan Bragg-aallonpituudelle (λB) keskittyneestä valosta, kun sitä valaistaan ​​laaja-alaisella valolla. Se on valmistettu mikrorakenteista, jotka on syövytetty kuidun ytimeen. FBG:itä voidaan käyttää mittaamaan erilaisia ​​parametreja, kuten lämpötilaa, venymää, painetta, kallistusta, siirtymää, kiihtyvyyttä ja kuormitusta.
Optisia asentoantureita, jotka tunnetaan myös nimellä optiset enkooderit, on kahdenlaisia. Yhdessä tapauksessa valo lähetetään anturin toisessa päässä olevaan vastaanottimeen. Toisessa tyypissä lähetetty valosignaali heijastuu valvotusta kohteesta ja palautuu valonlähteeseen. Anturin suunnittelusta riippuen valon ominaisuuksien, kuten aallonpituuden, intensiteetin, vaiheen tai polarisaation, muutoksia käytetään kohteen sijainnin määrittämiseen. Enkooderipohjaisia ​​optisia asentoantureita on saatavilla lineaariseen ja pyörivään liikkeeseen. Nämä anturit jakautuvat kolmeen pääluokkaan: läpäisevät optiset enkooderit, heijastavat optiset enkooderit ja interferometriset optiset enkooderit.
Ultraäänipaikannusanturit käyttävät pietsosähköisiä kidemuuntimia korkeataajuisten ultraääniaaltojen lähettämiseen. Anturi mittaa heijastunutta ääntä. Ultraääniantureita voidaan käyttää yksinkertaisina lähestymisantureina, tai monimutkaisemmat mallit voivat tarjota etäisyystietoja. Ultraäänipaikannusanturit toimivat erilaisista materiaaleista ja pintarakenteista valmistettujen kohteiden kanssa, ja ne voivat havaita pieniä esineitä suuremmilla etäisyyksillä kuin monet muut paikannusanturityypit. Ne kestävät tärinää, ympäristön melua, infrapunasäteilyä ja sähkömagneettisia häiriöitä. Esimerkkejä ultraäänipaikannusantureiden sovelluksista ovat nestepinnan mittaus, kohteiden nopea laskenta, robottinavigointijärjestelmät ja autoteollisuuden anturitekniikka. Tyypillinen autoteollisuuden ultraäänianturi koostuu muovikotelosta, pietsosähköisestä muuntimesta ja lisäkalvosta sekä piirilevystä, jossa on elektronisia piirejä ja mikrokontrollereita signaalien lähettämiseen, vastaanottamiseen ja käsittelyyn (kuva 5).
Paikka-anturit voivat mitata kohteiden absoluuttista tai suhteellista lineaarista, pyörivää ja kulmaliikettä. Paikka-anturit voivat mitata laitteiden, kuten toimilaitteiden tai moottoreiden, liikettä. Niitä käytetään myös mobiilialustoilla, kuten roboteissa ja autoissa. Paikka-antureissa käytetään erilaisia ​​tekniikoita, joilla on erilaisia ​​yhdistelmiä ympäristön kestävyydestä, kustannuksista, tarkkuudesta, toistettavuudesta ja muista ominaisuuksista.
3D-magneettiset asentoanturit, Allegro MicrosystemsUltraääniantureiden turvallisuuden analysointi ja parantaminen autonomisissa ajoneuvoissa, IEEE Internet of Things JournalAsentoanturin valinta, Cambridge Integrated CircuitsAsentoanturityypit, Ixthus InstrumentationMikä on induktiivinen asentoanturi?, KeyenceMikä on magnetostriktiivinen asentomittaus?, AMETEK
Selaa Design Worldin uusimpia ja vanhempia numeroita helppokäyttöisessä ja korkealaatuisessa muodossa. Muokkaa, jaa ja lataa jo tänään johtavan suunnittelutekniikan lehden avulla.
Maailman johtava ongelmanratkaisuun keskittyvä sähköisten komponenttien suunnittelufoorumi, joka käsittelee mikrokontrollereita, digitaalista signaalinkäsittelyä, verkkoja, analogista ja digitaalista suunnittelua, radiotaajuusteknologiaa, tehoelektroniikkaa, piirilevyjen reititystä ja paljon muuta.
Tekijänoikeus © 2022 WTWH Media LLC. Kaikki oikeudet pidätetään. Tämän sivuston materiaalia ei saa kopioida, levittää, lähettää, tallentaa välimuistiin tai muuten käyttää ilman WTWH Median etukäteen antamaa kirjallista lupaa. Tietosuojakäytäntö | Mainonta | Tietoja meistä