Dari rantai penggerak robotik hingga sabuk konveyor dalam operasi rantai pasokan hingga ayunan menara turbin angin, penginderaan posisi merupakan fungsi penting dalam berbagai macam aplikasi. Penginderaan ini dapat mengambil banyak bentuk, termasuk sensor linear, putar, sudut, absolut, inkremental, kontak, dan non-kontak. Sensor khusus telah dikembangkan yang dapat menentukan posisi dalam tiga dimensi. Teknologi penginderaan posisi meliputi potensiometri, induktif, arus eddy, kapasitif, magnetostriktif, efek Hall, serat optik, optik, dan ultrasonik.
FAQ ini memberikan pengenalan singkat tentang berbagai bentuk penginderaan posisi, lalu mengulas berbagai teknologi yang dapat dipilih desainer saat menerapkan solusi penginderaan posisi.
Sensor posisi potensiometri adalah perangkat berbasis resistansi yang menggabungkan lintasan resistif tetap dengan wiper yang terpasang pada objek yang posisinya perlu dideteksi. Pergerakan objek akan menggerakkan wiper di sepanjang lintasan. 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 potensiometri berbiaya rendah, tetapi umumnya memiliki akurasi dan pengulangan yang rendah.
Sensor posisi induktif memanfaatkan perubahan pada properti medan magnet yang diinduksi dalam kumparan sensor. Bergantung pada arsitekturnya, sensor ini dapat mengukur posisi linier atau putar. Sensor posisi Linear Variable Differential Transformer (LVDT) menggunakan tiga kumparan yang dililitkan di sekitar tabung berongga; kumparan primer dan dua kumparan sekunder. Kumparan dihubungkan secara seri, dan hubungan fase kumparan sekunder adalah 180° berbeda fase terhadap kumparan primer. Inti feromagnetik yang disebut jangkar ditempatkan di dalam tabung dan dihubungkan ke objek di lokasi yang sedang diukur. Tegangan eksitasi diterapkan pada kumparan primer dan gaya elektromagnetik (EMF) diinduksi dalam kumparan sekunder. Dengan mengukur perbedaan tegangan antara kumparan sekunder, posisi relatif jangkar dan apa yang melekat padanya dapat ditentukan. Transformator diferensial tegangan putar (RVDT) menggunakan teknik yang sama untuk melacak posisi putar. Sensor LVDT dan RVDT menawarkan akurasi, linearitas, resolusi, dan sensitivitas tinggi yang baik. Sensor ini bebas 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 bahan konduktif dengan adanya medan magnet yang berubah. Arus ini mengalir dalam loop tertutup dan menghasilkan medan magnet sekunder. Sensor arus eddy terdiri dari kumparan dan rangkaian linierisasi. Arus bolak-balik memberi energi pada kumparan untuk menciptakan medan magnet primer. Saat suatu objek mendekati atau menjauh dari kumparan, posisinya dapat dirasakan 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 disearahkan dan diproses oleh rangkaian linierisasi untuk menghasilkan keluaran DC linier yang sebanding dengan jarak objek.
Perangkat arus eddy adalah perangkat non-kontak yang kokoh yang biasanya digunakan sebagai sensor jarak. Perangkat ini bersifat omnidirectional dan dapat menentukan jarak relatif ke objek, tetapi bukan arah atau jarak absolut ke objek.
Seperti yang tersirat dari namanya, sensor posisi kapasitif mengukur perubahan kapasitansi untuk menentukan posisi objek yang dideteksi. Sensor non-kontak ini dapat digunakan untuk mengukur posisi linier atau rotasi. Sensor ini terdiri dari dua pelat yang dipisahkan oleh bahan dielektrik dan menggunakan salah satu dari dua metode untuk mendeteksi posisi objek:
Untuk menyebabkan perubahan konstanta dielektrik, objek yang posisinya akan dideteksi ditempelkan pada bahan dielektrik. Saat bahan dielektrik bergerak, konstanta dielektrik efektif kapasitor berubah karena kombinasi luas bahan dielektrik dan konstanta dielektrik udara. Alternatifnya, objek dapat dihubungkan ke salah satu pelat kapasitor. Saat objek bergerak, pelat bergerak lebih dekat atau lebih jauh, dan perubahan kapasitansi digunakan untuk menentukan posisi relatif.
Sensor kapasitif dapat mengukur perpindahan, jarak, posisi, dan ketebalan objek. Karena stabilitas sinyal dan resolusinya 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.
Magnetostriction adalah sifat bahan feromagnetik yang menyebabkan bahan tersebut berubah ukuran atau bentuknya saat medan magnet diberikan. Pada sensor posisi magnetostriktif, magnet posisi yang dapat digerakkan dipasang pada objek yang diukur. Magnet ini terdiri dari pemandu gelombang yang terdiri dari kabel yang membawa pulsa arus, yang terhubung ke sensor yang terletak di ujung pemandu gelombang (Gambar 3). Saat pulsa arus dikirimkan ke pemandu gelombang, medan magnet tercipta di kabel yang berinteraksi dengan medan magnet aksial magnet permanen (magnet di piston silinder, Gambar 3a). Interaksi medan disebabkan oleh puntiran (efek Wiedemann), yang meregangkan kabel, menghasilkan pulsa akustik yang menjalar di sepanjang pemandu gelombang dan dideteksi oleh sensor di ujung pemandu gelombang (Gbr. 3b). Dengan mengukur waktu yang berlalu antara permulaan pulsa arus dan deteksi pulsa akustik, posisi relatif magnet posisi dan oleh karena itu objek dapat diukur (Gbr. 3c).
Sensor posisi magnetostriktif adalah sensor non-kontak yang digunakan untuk mendeteksi posisi linear. Pemandu gelombang sering kali ditempatkan dalam tabung baja tahan karat atau aluminium, yang memungkinkan sensor ini digunakan di lingkungan yang kotor atau basah.
Bahasa Indonesia: Ketika konduktor tipis dan pipih ditempatkan dalam medan magnet, arus yang mengalir cenderung terbentuk di satu sisi konduktor, menciptakan perbedaan potensial yang disebut tegangan Hall. Jika arus dalam konduktor konstan, besarnya tegangan Hall akan mencerminkan kekuatan medan magnet. Dalam sensor posisi efek Hall, objek dihubungkan ke magnet yang ditempatkan di poros sensor. Saat objek bergerak, posisi magnet berubah relatif terhadap elemen Hall, yang menghasilkan perubahan tegangan Hall. Dengan mengukur tegangan Hall, posisi objek dapat ditentukan. Ada 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, dan beroperasi pada rentang suhu yang luas. Mereka 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 meneruskan sinyal ke perangkat elektronik jarak jauh guna diproses. Dalam kasus pengukuran posisi serat intrinsik, perangkat seperti reflektometer domain waktu optik dapat digunakan untuk menentukan waktu tunda. Pergeseran panjang gelombang dapat dihitung menggunakan instrumen yang menerapkan reflektometer domain frekuensi optik. Sensor serat optik kebal terhadap gangguan elektromagnetik, dapat dirancang untuk beroperasi pada suhu tinggi, dan bersifat non-konduktif, sehingga dapat digunakan di dekat tekanan tinggi atau material yang mudah terbakar.
Penginderaan serat optik lain yang berbasis pada teknologi kisi Bragg serat (FBG) juga dapat digunakan untuk pengukuran posisi. FBG berfungsi sebagai penyaring takik, yang memantulkan sebagian kecil cahaya yang terpusat pada panjang gelombang Bragg (λB) saat disinari oleh cahaya spektrum luas. FBG dibuat dengan struktur mikro yang terukir pada inti serat. FBG dapat digunakan untuk mengukur berbagai parameter seperti suhu, regangan, tekanan, kemiringan, perpindahan, percepatan, dan beban.
Ada dua jenis sensor posisi optik, yang juga dikenal sebagai enkoder optik. Dalam kasus pertama, cahaya dikirim ke penerima di ujung lain sensor. Pada tipe kedua, sinyal cahaya yang dipancarkan dipantulkan oleh objek yang dipantau dan dikembalikan ke sumber cahaya. Bergantung pada desain sensor, perubahan pada sifat cahaya, seperti panjang gelombang, intensitas, fase, atau polarisasi, digunakan untuk menentukan posisi suatu objek. Sensor posisi optik berbasis enkoder tersedia untuk gerakan linier dan putar. Sensor ini terbagi dalam tiga kategori utama; enkoder optik transmisif, enkoder optik reflektif, dan enkoder optik interferometrik.
Sensor posisi ultrasonik menggunakan transduser kristal piezoelektrik untuk memancarkan gelombang ultrasonik frekuensi tinggi. Sensor mengukur pantulan suara. 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 sekitar, radiasi inframerah, dan gangguan elektromagnetik. Contoh aplikasi yang menggunakan sensor posisi ultrasonik meliputi deteksi level cairan, penghitungan objek berkecepatan tinggi, sistem navigasi robotik, dan penginderaan otomotif. Sensor ultrasonik otomotif yang umum terdiri dari rumah plastik, transduser piezoelektrik dengan membran tambahan, dan papan sirkuit cetak dengan sirkuit elektronik dan mikrokontroler untuk mengirimkan, menerima, dan memproses sinyal (Gambar 5).
Sensor posisi dapat mengukur gerak linear, rotasi, dan sudut suatu objek secara absolut maupun relatif. Sensor posisi dapat mengukur pergerakan perangkat seperti aktuator atau motor. Sensor ini juga digunakan pada platform bergerak seperti robot dan mobil. Berbagai teknologi digunakan pada sensor posisi dengan berbagai kombinasi ketahanan 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, Sirkuit Terpadu CambridgeJenis sensor posisi, Ixthus InstrumentationApa itu sensor posisi induktif?, Keyence Apa itu Penginderaan Posisi Magnetostriktif?, AMETEK
Telusuri edisi terbaru Design World dan edisi sebelumnya dalam format berkualitas tinggi yang mudah digunakan. Edit, bagikan, dan unduh hari ini dengan majalah teknik desain terkemuka.
Forum EE pemecahan masalah teratas di dunia yang mencakup 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, dikirimkan, di-cache, atau digunakan dengan cara lain tanpa izin tertulis sebelumnya dari WTWH Media Kebijakan Privasi | Periklanan | Tentang Kami