रोबोट ड्राइव चेन से लेकर आपूर्ति श्रृंखला संचालन में कन्वेयर बेल्ट से लेकर पवन टरबाइन टावरों के झुकाव तक, स्थिति संवेदन अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में एक महत्वपूर्ण कार्य है। यह कई रूप ले सकता है, जिसमें रैखिक, रोटरी, कोणीय, निरपेक्ष, वृद्धिशील, संपर्क और गैर-संपर्क सेंसर शामिल हैं। विशेष सेंसर विकसित किए गए हैं जो तीन आयामों में स्थिति निर्धारित कर सकते हैं। स्थिति संवेदन प्रौद्योगिकियों में पोटेंशियोमेट्रिक, इंडक्टिव, एडी करंट, कैपेसिटिव, मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव, हॉल इफेक्ट, फाइबर ऑप्टिक, ऑप्टिकल और अल्ट्रासोनिक शामिल हैं।
यह FAQ स्थिति संवेदन के विभिन्न रूपों का संक्षिप्त परिचय प्रदान करता है, फिर प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला की समीक्षा करता है, जिसे डिजाइनर स्थिति संवेदन समाधान को क्रियान्वित करते समय चुन सकते हैं।
पोटेंशियोमेट्रिक स्थिति सेंसर प्रतिरोध आधारित उपकरण हैं जो एक निश्चित प्रतिरोधक ट्रैक को उस वस्तु से जुड़े वाइपर के साथ जोड़ते हैं जिसकी स्थिति को महसूस किया जाना है। वस्तु की गति वाइपर को ट्रैक के साथ ले जाती है। वस्तु की स्थिति को एक निश्चित डीसी वोल्टेज (चित्रा 1) के साथ रैखिक या घूर्णी गति को मापने के लिए रेल और वाइपर द्वारा गठित वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क का उपयोग करके मापा जाता है। पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर कम लागत वाले होते हैं, लेकिन आम तौर पर उनकी सटीकता और पुनरावृत्ति कम होती है।
प्रेरणिक स्थिति सेंसर सेंसर कॉइल में प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र के गुणों में परिवर्तन का उपयोग करते हैं। उनकी वास्तुकला के आधार पर, वे रैखिक या घूर्णी स्थिति को माप सकते हैं। रैखिक चर विभेदक ट्रांसफार्मर (LVDT) स्थिति सेंसर एक खोखले ट्यूब के चारों ओर लिपटे तीन कॉइल का उपयोग करते हैं; एक प्राथमिक कॉइल और दो द्वितीयक कॉइल। कॉइल श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, और द्वितीयक कॉइल का चरण संबंध प्राथमिक कॉइल के संबंध में 180 डिग्री चरण से बाहर है। आर्मेचर नामक एक फेरोमैग्नेटिक कोर को ट्यूब के अंदर रखा जाता है और मापे जा रहे स्थान पर ऑब्जेक्ट से जोड़ा जाता है। प्राथमिक कॉइल पर एक उत्तेजना वोल्टेज लगाया जाता है और द्वितीयक कॉइल में एक विद्युत चुम्बकीय बल (EMF) प्रेरित होता है। द्वितीयक कॉइल के बीच वोल्टेज अंतर को मापने से, आर्मेचर की सापेक्ष स्थिति और यह किससे जुड़ा हुआ है, यह निर्धारित किया जा सकता है। एक घूर्णन वोल्टेज विभेदक ट्रांसफार्मर (RVDT) घूर्णन स्थिति को ट्रैक करने के लिए समान तकनीक का उपयोग करता है। LVDT और RVDT सेंसर अच्छी सटीकता, रैखिकता, रिज़ॉल्यूशन और उच्च संवेदनशीलता प्रदान करते हैं। वे घर्षण रहित हैं और कठोर वातावरण में उपयोग के लिए सील किए जा सकते हैं।
भंवर धारा स्थिति संवेदक प्रवाहकीय वस्तुओं के साथ काम करते हैं। भंवर धाराएँ प्रेरित धाराएँ होती हैं जो परिवर्तनशील चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में प्रवाहकीय सामग्रियों में उत्पन्न होती हैं। ये धाराएँ एक बंद लूप में बहती हैं और एक द्वितीयक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती हैं। भंवर धारा संवेदक कॉइल और रैखिककरण सर्किट से मिलकर बने होते हैं। प्रत्यावर्ती धारा प्राथमिक चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए कॉइल को सक्रिय करती है। जब कोई वस्तु कॉइल के पास आती है या उससे दूर जाती है, तो भंवर धाराओं द्वारा उत्पादित द्वितीयक क्षेत्र की परस्पर क्रिया का उपयोग करके इसकी स्थिति को महसूस किया जा सकता है, जो कॉइल के प्रतिबाधा को प्रभावित करता है। जैसे-जैसे वस्तु कॉइल के करीब आती है, भंवर धारा का नुकसान बढ़ता जाता है और ऑसिलेटिंग वोल्टेज छोटा होता जाता है (चित्र 2)। ऑसिलेटिंग वोल्टेज को एक रैखिक डीसी आउटपुट का उत्पादन करने के लिए एक रैखिक सर्किट द्वारा सुधारा और संसाधित किया जाता है जो वस्तु की दूरी के अनुपात में होता है।
एडी करंट उपकरण मजबूत, गैर-संपर्क उपकरण होते हैं, जिनका उपयोग आमतौर पर निकटता सेंसर के रूप में किया जाता है। वे सर्वदिशात्मक होते हैं और वस्तु की सापेक्ष दूरी निर्धारित कर सकते हैं, लेकिन वस्तु की दिशा या पूर्ण दूरी नहीं निर्धारित कर सकते।
जैसा कि नाम से पता चलता है, कैपेसिटिव पोजिशन सेंसर, संवेदित वस्तु की स्थिति निर्धारित करने के लिए कैपेसिटेंस में परिवर्तन को मापते हैं। इन गैर-संपर्क सेंसर का उपयोग रैखिक या घूर्णी स्थिति को मापने के लिए किया जा सकता है। वे एक ढांकता हुआ पदार्थ द्वारा अलग किए गए दो प्लेटों से मिलकर बने होते हैं और किसी वस्तु की स्थिति का पता लगाने के लिए दो तरीकों में से एक का उपयोग करते हैं:
परावैद्युत स्थिरांक में परिवर्तन करने के लिए, जिस वस्तु की स्थिति का पता लगाना होता है उसे परावैद्युत पदार्थ से जोड़ दिया जाता है। जैसे-जैसे परावैद्युत पदार्थ चलता है, परावैद्युत पदार्थ के क्षेत्र और वायु के परावैद्युत स्थिरांक के संयोजन के कारण संधारित्र का प्रभावी परावैद्युत स्थिरांक बदल जाता है। वैकल्पिक रूप से, वस्तु को संधारित्र प्लेटों में से किसी एक से जोड़ा जा सकता है। जैसे-जैसे वस्तु चलती है, प्लेटें पास या दूर जाती हैं, और धारिता में परिवर्तन का उपयोग सापेक्ष स्थिति निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
कैपेसिटिव सेंसर वस्तुओं के विस्थापन, दूरी, स्थिति और मोटाई को माप सकते हैं। उनके उच्च सिग्नल स्थिरता और रिज़ॉल्यूशन के कारण, कैपेसिटिव विस्थापन सेंसर का उपयोग प्रयोगशाला और औद्योगिक वातावरण में किया जाता है। उदाहरण के लिए, कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग स्वचालित प्रक्रियाओं में फिल्म की मोटाई और चिपकने वाले अनुप्रयोगों को मापने के लिए किया जाता है। औद्योगिक मशीनों में, उनका उपयोग विस्थापन और उपकरण की स्थिति की निगरानी के लिए किया जाता है।
मैग्नेटोस्ट्रिक्शन फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों का एक गुण है जो चुंबकीय क्षेत्र लागू होने पर सामग्री के आकार या आकृति को बदलने का कारण बनता है। मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव पोजिशन सेंसर में, मापी जा रही वस्तु से एक चलायमान पोजिशन चुंबक जुड़ा होता है। इसमें एक वेवगाइड होता है जिसमें ऐसे तार होते हैं जो करंट पल्स ले जाते हैं, जो वेवगाइड के अंत में स्थित सेंसर से जुड़े होते हैं (चित्र 3)। जब करंट पल्स को वेवगाइड के नीचे भेजा जाता है, तो तार में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है जो स्थायी चुंबक (सिलेंडर पिस्टन में चुंबक, चित्र 3a) के अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र के साथ इंटरैक्ट करता है। फील्ड इंटरेक्शन घुमाव (विडमैन प्रभाव) के कारण होता है, जो तार को तनाव देता है, जिससे एक ध्वनिक पल्स उत्पन्न होता है जो वेवगाइड के साथ फैलता है और वेवगाइड के अंत में एक सेंसर द्वारा पता लगाया जाता है (चित्र 3b)। करंट पल्स की शुरुआत और ध्वनिक पल्स के पता लगाने के बीच बीते समय को मापकर, पोजिशन मैग्नेट की सापेक्ष स्थिति और इसलिए ऑब्जेक्ट को मापा जा सकता है (चित्र 3c)।
मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव स्थिति सेंसर गैर-संपर्क सेंसर होते हैं, जिनका उपयोग रैखिक स्थिति का पता लगाने के लिए किया जाता है। वेवगाइड्स को अक्सर स्टेनलेस स्टील या एल्यूमीनियम ट्यूबों में रखा जाता है, जिससे इन सेंसरों को गंदे या गीले वातावरण में उपयोग किया जा सकता है।
जब एक पतले, सपाट कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो बहने वाला कोई भी करंट कंडक्टर के एक तरफ बनता है, जिससे एक संभावित अंतर पैदा होता है जिसे हॉल वोल्टेज कहा जाता है। यदि कंडक्टर में करंट स्थिर है, तो हॉल वोल्टेज का परिमाण चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को प्रतिबिंबित करेगा। हॉल-इफेक्ट पोजीशन सेंसर में, ऑब्जेक्ट सेंसर शाफ्ट में रखे चुंबक से जुड़ा होता है। जैसे ही ऑब्जेक्ट चलता है, चुंबक की स्थिति हॉल तत्व के सापेक्ष बदल जाती है, जिसके परिणामस्वरूप हॉल वोल्टेज बदल जाता है। हॉल वोल्टेज को मापकर, किसी ऑब्जेक्ट की स्थिति निर्धारित की जा सकती है। विशेष हॉल-इफेक्ट पोजीशन सेंसर हैं जो तीन आयामों में स्थिति निर्धारित कर सकते हैं (चित्र 4)। हॉल-इफेक्ट पोजीशन सेंसर गैर-संपर्क डिवाइस हैं जो उच्च विश्वसनीयता और तेज सेंसिंग प्रदान करते हैं
फाइबर ऑप्टिक सेंसर के दो मूल प्रकार हैं। आंतरिक फाइबर ऑप्टिक सेंसर में, फाइबर को सेंसिंग तत्व के रूप में उपयोग किया जाता है। बाहरी फाइबर ऑप्टिक सेंसर में, फाइबर ऑप्टिक्स को प्रसंस्करण के लिए दूरस्थ इलेक्ट्रॉनिक्स को सिग्नल रिले करने के लिए एक अन्य सेंसर तकनीक के साथ जोड़ा जाता है। आंतरिक फाइबर स्थिति माप के मामले में, एक ऑप्टिकल टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर जैसे उपकरण का उपयोग समय की देरी को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। तरंग दैर्ध्य शिफ्ट की गणना एक ऐसे उपकरण का उपयोग करके की जा सकती है जो ऑप्टिकल आवृत्ति डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर को लागू करता है। फाइबर ऑप्टिक सेंसर विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से प्रतिरक्षित होते हैं, उच्च तापमान पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किए जा सकते हैं, और गैर-प्रवाहकीय होते हैं, इसलिए उनका उपयोग उच्च दबाव या ज्वलनशील पदार्थों के पास किया जा सकता है।
फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग (एफबीजी) प्रौद्योगिकी पर आधारित एक अन्य फाइबर-ऑप्टिक सेंसिंग का उपयोग भी स्थिति माप के लिए किया जा सकता है। एफबीजी एक नॉच फिल्टर के रूप में कार्य करता है, जो व्यापक स्पेक्ट्रम प्रकाश द्वारा प्रकाशित होने पर ब्रैग तरंगदैर्ध्य (λB) पर केंद्रित प्रकाश के एक छोटे से हिस्से को परावर्तित करता है। इसे फाइबर कोर में उकेरी गई सूक्ष्म संरचनाओं के साथ निर्मित किया जाता है। एफबीजी का उपयोग तापमान, तनाव, दबाव, झुकाव, विस्थापन, त्वरण और भार जैसे विभिन्न मापदंडों को मापने के लिए किया जा सकता है।
ऑप्टिकल स्थिति सेंसर दो प्रकार के होते हैं, जिन्हें ऑप्टिकल एनकोडर भी कहा जाता है। एक मामले में, प्रकाश को सेंसर के दूसरे छोर पर एक रिसीवर को भेजा जाता है। दूसरे प्रकार में, उत्सर्जित प्रकाश संकेत मॉनिटर की गई वस्तु से परावर्तित होता है और प्रकाश स्रोत पर वापस लौटता है। सेंसर के डिजाइन के आधार पर, प्रकाश के गुणों में परिवर्तन, जैसे तरंग दैर्ध्य, तीव्रता, चरण या ध्रुवीकरण, का उपयोग किसी वस्तु की स्थिति निर्धारित करने के लिए किया जाता है। एनकोडर-आधारित ऑप्टिकल स्थिति सेंसर रैखिक और घूर्णी गति के लिए उपलब्ध हैं। ये सेंसर तीन मुख्य श्रेणियों में आते हैं; ट्रांसमिसिव ऑप्टिकल एनकोडर, रिफ्लेक्टिव ऑप्टिकल एनकोडर और इंटरफेरोमेट्रिक ऑप्टिकल एनकोडर।
अल्ट्रासोनिक स्थिति सेंसर उच्च आवृत्ति वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल ट्रांसड्यूसर का उपयोग करते हैं। सेंसर परावर्तित ध्वनि को मापता है। अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग सरल निकटता सेंसर के रूप में किया जा सकता है, या अधिक जटिल डिज़ाइन रेंजिंग जानकारी प्रदान कर सकते हैं। अल्ट्रासोनिक स्थिति सेंसर विभिन्न सामग्रियों और सतह विशेषताओं की लक्षित वस्तुओं के साथ काम करते हैं, और कई अन्य प्रकार के स्थिति सेंसर की तुलना में अधिक दूरी पर छोटी वस्तुओं का पता लगा सकते हैं। वे कंपन, परिवेश शोर, अवरक्त विकिरण और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के लिए प्रतिरोधी हैं। अल्ट्रासोनिक स्थिति सेंसर का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों के उदाहरणों में तरल स्तर का पता लगाना, वस्तुओं की उच्च गति की गिनती, रोबोट नेविगेशन सिस्टम और ऑटोमोटिव सेंसिंग शामिल हैं। एक सामान्य ऑटोमोटिव अल्ट्रासोनिक सेंसर में एक प्लास्टिक आवास, एक अतिरिक्त झिल्ली के साथ एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर और सिग्नल संचारित करने, प्राप्त करने और प्रसंस्करण के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और माइक्रोकंट्रोलर के साथ एक मुद्रित सर्किट बोर्ड होता है (चित्र 5)।
स्थिति सेंसर वस्तुओं की निरपेक्ष या सापेक्ष रैखिक, घूर्णी और कोणीय गति को माप सकते हैं। स्थिति सेंसर एक्चुएटर या मोटर जैसे उपकरणों की गति को माप सकते हैं। इनका उपयोग रोबोट और कार जैसे मोबाइल प्लेटफार्मों में भी किया जाता है। पर्यावरणीय स्थायित्व, लागत, सटीकता, पुनरावृत्ति और अन्य विशेषताओं के विभिन्न संयोजनों के साथ स्थिति सेंसर में विभिन्न प्रकार की प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जाता है।
3D मैग्नेटिक पोजिशन सेंसर, एलेग्रो माइक्रोसिस्टम्सऑटोनोमस वाहनों के लिए अल्ट्रासोनिक सेंसर की सुरक्षा का विश्लेषण और संवर्धन, IEEE इंटरनेट ऑफ थिंग्स जर्नल पोजिशन सेंसर का चयन कैसे करें, कैम्ब्रिज इंटीग्रेटेड सर्किट्सपोजिशन सेंसर के प्रकार, Ixthus इंस्ट्रूमेंटेशनइंडक्टिव पोजिशन सेंसर क्या है?, कीन्स मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव पोजिशन सेंसिंग क्या है?, AMETEK
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