Dari rantai penggerak robot hingga sabuk konveyor dalam operasi rantai pasokan hingga goyangan menara turbin angin, penginderaan posisi merupakan fungsi penting dalam berbagai aplikasi. Penginderaan posisi dapat mengambil banyak bentuk, termasuk sensor linier, putar, sudut, absolut, inkremental, kontak, dan non-kontak. Sensor khusus telah dikembangkan yang dapat menentukan posisi dalam tiga dimensi. Teknologi penginderaan posisi meliputi potensiometrik, induktif, arus eddy, kapasitif, magnetostriktif, efek Hall, serat optik, optik, dan ultrasonik.
FAQ ini memberikan pengantar singkat tentang berbagai bentuk pendeteksi posisi, kemudian mengulas berbagai teknologi yang dapat dipilih oleh perancang saat mengimplementasikan solusi pendeteksi posisi.
Sensor posisi potensiometrik adalah perangkat berbasis resistansi yang menggabungkan jalur resistif tetap dengan wiper yang terpasang pada objek yang posisinya perlu dideteksi. Pergerakan objek menggerakkan wiper di sepanjang jalur. Posisi objek diukur dengan menggunakan jaringan pembagi tegangan yang dibentuk oleh rel dan wiper untuk mengukur gerakan linier atau rotasi dengan tegangan DC tetap (Gambar 1). Sensor potensiometrik berbiaya rendah, tetapi umumnya memiliki akurasi dan pengulangan yang rendah.
Sensor posisi induktif memanfaatkan perubahan sifat medan magnet yang diinduksi dalam kumparan sensor. Tergantung pada arsitekturnya, sensor ini dapat mengukur posisi linier atau rotasional. Sensor posisi Linear Variable Differential Transformer (LVDT) menggunakan tiga kumparan yang dililitkan di sekitar tabung berongga; satu kumparan primer dan dua kumparan sekunder. Kumparan-kumparan tersebut dihubungkan secara seri, dan hubungan fasa kumparan sekunder adalah 180° berlawanan fasa dengan kumparan primer. Inti feromagnetik yang disebut armatur ditempatkan di dalam tabung dan dihubungkan ke objek di lokasi yang diukur. Tegangan eksitasi diterapkan pada kumparan primer dan gaya elektromagnetik (EMF) diinduksi dalam kumparan sekunder. Dengan mengukur perbedaan tegangan antara kumparan sekunder, posisi relatif armatur dan objek yang dihubungkan dengannya dapat ditentukan. Rotating Voltage Differential Transformer (RVDT) menggunakan teknik yang sama untuk melacak posisi rotasi. Sensor LVDT dan RVDT menawarkan akurasi, linearitas, resolusi, dan sensitivitas tinggi yang baik. Sensor ini tidak memiliki gesekan dan dapat disegel untuk digunakan di lingkungan yang keras.
Sensor posisi arus eddy bekerja dengan objek konduktif. Arus eddy adalah arus induksi yang terjadi pada material konduktif di hadapan medan magnet yang berubah. Arus ini mengalir dalam loop tertutup dan menghasilkan medan magnet sekunder. Sensor arus eddy terdiri dari kumparan dan rangkaian linearisasi. Arus bolak-balik memberi energi pada kumparan untuk menciptakan medan magnet primer. Ketika suatu objek mendekati atau menjauh dari kumparan, posisinya dapat dideteksi menggunakan interaksi medan sekunder yang dihasilkan oleh arus eddy, yang memengaruhi impedansi kumparan. Saat objek semakin dekat ke kumparan, kerugian arus eddy meningkat dan tegangan osilasi menjadi lebih kecil (Gambar 2). Tegangan osilasi tersebut diperbaiki dan diproses oleh rangkaian linearisasi untuk menghasilkan keluaran DC linier yang proporsional dengan jarak objek.
Perangkat arus eddy adalah perangkat yang kokoh dan tanpa kontak yang biasanya digunakan sebagai sensor jarak. Perangkat ini bersifat omnidirectional dan dapat menentukan jarak relatif ke objek, tetapi tidak arah atau jarak absolut ke objek.
Sesuai namanya, sensor posisi kapasitif mengukur perubahan kapasitansi untuk menentukan posisi objek yang sedang dideteksi. Sensor non-kontak ini dapat digunakan untuk mengukur posisi linier atau rotasional. Sensor ini terdiri dari dua pelat yang dipisahkan oleh material dielektrik dan menggunakan salah satu dari dua metode untuk mendeteksi posisi suatu objek:
Untuk menyebabkan perubahan konstanta dielektrik, objek yang posisinya akan dideteksi dihubungkan ke material dielektrik. Saat material dielektrik bergerak, konstanta dielektrik efektif kapasitor berubah karena kombinasi luas permukaan material dielektrik dan konstanta dielektrik udara. Alternatifnya, objek dapat dihubungkan ke salah satu pelat kapasitor. Saat objek bergerak, pelat-pelat tersebut bergerak mendekat atau menjauh, dan perubahan kapasitansi digunakan untuk menentukan posisi relatif.
Sensor kapasitif dapat mengukur perpindahan, jarak, posisi, dan ketebalan objek. Karena stabilitas dan resolusi sinyalnya yang tinggi, sensor perpindahan kapasitif digunakan di lingkungan laboratorium dan industri. Misalnya, sensor kapasitif digunakan untuk mengukur ketebalan film dan aplikasi perekat dalam proses otomatis. Pada mesin industri, sensor ini digunakan untuk memantau perpindahan dan posisi alat.
Magnetostriksi adalah sifat material feromagnetik yang menyebabkan material tersebut mengubah ukuran atau bentuknya ketika medan magnet diterapkan. Pada sensor posisi magnetostriktif, magnet posisi yang dapat digerakkan dipasang pada objek yang diukur. Sensor ini terdiri dari pandu gelombang yang terdiri dari kawat-kawat yang membawa pulsa arus, yang terhubung ke sensor yang terletak di ujung pandu gelombang (Gambar 3). Ketika pulsa arus dikirim melalui pandu gelombang, medan magnet tercipta di dalam kawat yang berinteraksi dengan medan magnet aksial dari magnet permanen (magnet di dalam piston silinder, Gambar 3a). Interaksi medan disebabkan oleh puntiran (efek Wiedemann), yang meregangkan kawat, menghasilkan pulsa akustik yang merambat sepanjang pandu gelombang dan dideteksi oleh sensor di ujung pandu gelombang (Gambar 3b). Dengan mengukur waktu yang berlalu antara inisiasi pulsa arus dan deteksi pulsa akustik, posisi relatif magnet posisi dan karenanya objek dapat diukur (Gambar 3c).
Sensor posisi magnetostriktif adalah sensor non-kontak yang digunakan untuk mendeteksi posisi linier. Pandu gelombang sering ditempatkan dalam tabung baja tahan karat atau aluminium, sehingga sensor ini dapat digunakan di lingkungan yang kotor atau basah.
Ketika konduktor tipis dan pipih ditempatkan dalam medan magnet, arus yang mengalir cenderung menumpuk di satu sisi konduktor, menciptakan perbedaan potensial yang disebut tegangan Hall. Jika arus dalam konduktor konstan, besarnya tegangan Hall akan mencerminkan kekuatan medan magnet. Pada sensor posisi efek Hall, objek dihubungkan ke magnet yang ditempatkan di dalam poros sensor. Saat objek bergerak, posisi magnet berubah relatif terhadap elemen Hall, sehingga menghasilkan perubahan tegangan Hall. Dengan mengukur tegangan Hall, posisi suatu objek dapat ditentukan. Terdapat sensor posisi efek Hall khusus yang dapat menentukan posisi dalam tiga dimensi (Gambar 4). Sensor posisi efek Hall adalah perangkat non-kontak yang memberikan keandalan tinggi dan penginderaan cepat, serta beroperasi pada rentang suhu yang luas. Sensor ini digunakan dalam berbagai aplikasi konsumen, industri, otomotif, dan medis.
Terdapat dua tipe dasar sensor serat optik. Pada sensor serat optik intrinsik, serat digunakan sebagai elemen penginderaan. Pada sensor serat optik eksternal, serat optik dikombinasikan dengan teknologi sensor lain untuk mengirimkan sinyal ke elektronik jarak jauh untuk diproses. Dalam kasus pengukuran posisi serat intrinsik, perangkat seperti reflektometer domain waktu optik dapat digunakan untuk menentukan penundaan waktu. Pergeseran panjang gelombang dapat dihitung menggunakan instrumen yang menerapkan reflektometer domain frekuensi optik. Sensor serat optik kebal terhadap interferensi elektromagnetik, dapat dirancang untuk beroperasi pada suhu tinggi, dan tidak konduktif, sehingga dapat digunakan di dekat bahan bertekanan tinggi atau mudah terbakar.
Sensor serat optik lain yang berbasis pada teknologi fiber Bragg grating (FBG) juga dapat digunakan untuk pengukuran posisi. FBG bertindak sebagai filter takik, memantulkan sebagian kecil cahaya yang berpusat pada panjang gelombang Bragg (λB) ketika disinari oleh cahaya spektrum luas. FBG dibuat dengan struktur mikro yang diukir ke dalam inti serat. FBG dapat digunakan untuk mengukur berbagai parameter seperti suhu, regangan, tekanan, kemiringan, perpindahan, percepatan, dan beban.
Terdapat dua jenis sensor posisi optik, yang juga dikenal sebagai encoder optik. Pada satu jenis, cahaya dikirim ke penerima di ujung sensor yang lain. Pada jenis kedua, sinyal cahaya yang dipancarkan dipantulkan oleh objek yang dipantau dan dikembalikan ke sumber cahaya. Tergantung pada desain sensor, perubahan sifat cahaya, seperti panjang gelombang, intensitas, fase, atau polarisasi, digunakan untuk menentukan posisi suatu objek. Sensor posisi optik berbasis encoder tersedia untuk gerakan linier dan rotasi. Sensor ini terbagi dalam tiga kategori utama; encoder optik transmissive, encoder optik reflective, dan encoder optik interferometric.
Sensor posisi ultrasonik menggunakan transduser kristal piezoelektrik untuk memancarkan gelombang ultrasonik frekuensi tinggi. Sensor ini mengukur suara yang dipantulkan. Sensor ultrasonik dapat digunakan sebagai sensor jarak sederhana, atau desain yang lebih kompleks dapat memberikan informasi jarak. Sensor posisi ultrasonik bekerja dengan objek target dari berbagai bahan dan fitur permukaan, dan dapat mendeteksi objek kecil pada jarak yang lebih jauh daripada banyak jenis sensor posisi lainnya. Sensor ini tahan terhadap getaran, kebisingan lingkungan, radiasi inframerah, dan interferensi elektromagnetik. Contoh aplikasi yang menggunakan sensor posisi ultrasonik meliputi deteksi ketinggian cairan, penghitungan objek berkecepatan tinggi, sistem navigasi robot, dan penginderaan otomotif. Sensor ultrasonik otomotif tipikal terdiri dari wadah plastik, transduser piezoelektrik dengan membran tambahan, dan papan sirkuit tercetak dengan sirkuit elektronik dan mikrokontroler untuk mengirim, menerima, dan memproses sinyal (Gambar 5).
Sensor posisi dapat mengukur gerakan linier, rotasional, dan angular absolut atau relatif dari suatu objek. Sensor posisi dapat mengukur pergerakan perangkat seperti aktuator atau motor. Sensor ini juga digunakan pada platform bergerak seperti robot dan mobil. Berbagai teknologi digunakan dalam sensor posisi dengan berbagai kombinasi ketahanan terhadap lingkungan, biaya, akurasi, pengulangan, dan atribut lainnya.
Sensor Posisi Magnetik 3D, Allegro MicrosystemsMenganalisis dan Meningkatkan Keamanan Sensor Ultrasonik untuk Kendaraan Otonom, Jurnal IEEE Internet of Things Cara memilih sensor posisi, Cambridge Integrated CircuitsJenis sensor posisi, Ixthus InstrumentationApa itu sensor posisi induktif?, KeyenceApa itu Penginderaan Posisi Magnetostriktif?, AMETEK
Telusuri edisi terbaru Design World dan edisi-edisi sebelumnya dalam format berkualitas tinggi yang mudah digunakan. Edit, bagikan, dan unduh hari ini dengan majalah rekayasa desain terkemuka.
Forum pemecahan masalah teknik elektro terkemuka di dunia yang membahas mikrokontroler, DSP, jaringan, desain analog dan digital, RF, elektronika daya, perutean PCB, dan banyak lagi.
Hak cipta © 2022 WTWH Media LLC. Semua hak dilindungi undang-undang. Materi di situs ini tidak boleh direproduksi, didistribusikan, ditransmisikan, disimpan dalam cache, atau digunakan dengan cara lain tanpa izin tertulis sebelumnya dari WTWH Media. Kebijakan Privasi | Iklan | Tentang Kami