რობოტული წამყვანი ჯაჭვებიდან დაწყებული მიწოდების ჯაჭვის ოპერაციებში კონვეიერის ლენტებით და ქარის ტურბინის კოშკების რხევით დამთავრებული, პოზიციის აღქმა კრიტიკული ფუნქციაა ფართო სპექტრის აპლიკაციებში. მას შეუძლია მიიღოს მრავალი ფორმა, მათ შორის წრფივი, ბრუნვითი, კუთხური, აბსოლუტური, ინკრემენტული, კონტაქტური და უკონტაქტო სენსორები. შემუშავებულია სპეციალიზებული სენსორები, რომლებსაც შეუძლიათ პოზიციის განსაზღვრა სამ განზომილებაში. პოზიციის აღქმის ტექნოლოგიები მოიცავს პოტენციომეტრიულ, ინდუქციურ, მორევული დენის, ტევადურ, მაგნიტოსტრიქციულ, ჰოლის ეფექტს, ბოჭკოვან ოპტიკას, ოპტიკურ და ულტრაბგერითს.
ეს ხშირად დასმული კითხვები მოკლედ აღწერს პოზიციის აღმოჩენის სხვადასხვა ფორმას, შემდეგ კი განიხილავს ტექნოლოგიების ფართო სპექტრს, რომელთაგანაც დიზაინერებს შეუძლიათ აირჩიონ პოზიციის აღმოჩენის გადაწყვეტის დანერგვისას.
პოტენციომეტრიული პოზიციის სენსორები წინაღობაზე დაფუძნებული მოწყობილობებია, რომლებიც აერთიანებენ ფიქსირებულ რეზისტენტულ ლიანდაგს იმ ობიექტზე მიმაგრებულ საწმენდთან, რომლის პოზიციის აღმოჩენაც საჭიროა. ობიექტის მოძრაობა საწმენდებს ლიანდაგის გასწვრივ ამოძრავებს. ობიექტის პოზიცია იზომება რელსებისა და საწმენდებისგან წარმოქმნილი ძაბვის გამყოფი ქსელის გამოყენებით, რათა გაზომონ ხაზოვანი ან ბრუნვითი მოძრაობა ფიქსირებული DC ძაბვით (სურათი 1). პოტენციომეტრიული სენსორები იაფია, მაგრამ ზოგადად დაბალი სიზუსტით და განმეორებადობით გამოირჩევიან.
ინდუქციური პოზიციის სენსორები იყენებენ სენსორულ ხვეულში ინდუცირებული მაგნიტური ველის თვისებების ცვლილებებს. მათი არქიტექტურის მიხედვით, მათ შეუძლიათ წრფივი ან ბრუნვითი პოზიციის გაზომვა. წრფივი ცვლადი დიფერენციალური ტრანსფორმატორის (LVDT) პოზიციის სენსორები იყენებენ სამ ხვეულს, რომლებიც შემოხვეულია ღრუ მილზე; პირველადი ხვეული და ორი მეორადი ხვეული. ხვეულები დაკავშირებულია მიმდევრობით და მეორადი ხვეულის ფაზური ურთიერთობა 180°-ით განსხვავდება პირველადი ხვეულისგან. მილის შიგნით მოთავსებულია ფერომაგნიტური ბირთვი, რომელსაც არმატურა ეწოდება და უკავშირდება გაზომვის ადგილას არსებულ ობიექტს. პირველად ხვეულზე მიეწოდება აგზნების ძაბვა და მეორად ხვეულში ინდუცირდება ელექტრომაგნიტური ძალა (EMF). მეორად ხვეულებს შორის ძაბვის სხვაობის გაზომვით, შესაძლებელია არმატურის ფარდობითი პოზიციის და მისი მიერთების დადგენა. მბრუნავი ძაბვის დიფერენციალური ტრანსფორმატორი (RVDT) იყენებს იგივე ტექნიკას მბრუნავი პოზიციის თვალყურის დევნებისთვის. LVDT და RVDT სენსორები გვთავაზობენ კარგ სიზუსტეს, წრფივობას, გარჩევადობას და მაღალ მგრძნობელობას. ისინი არ არიან ხახუნის გარეშე და შეიძლება დალუქონ მკაცრი გარემოში გამოსაყენებლად.
ცვალებადი დენის პოზიციის სენსორები მუშაობენ გამტარ ობიექტებთან. ცვალებადი დენები არის ინდუცირებული დენები, რომლებიც წარმოიქმნება გამტარ მასალებში ცვალებადი მაგნიტური ველის თანაარსებობისას. ეს დენები მიედინება დახურულ მარყუჟში და წარმოქმნის მეორად მაგნიტურ ველს. ცვალებადი დენის სენსორები შედგება ხვეულებისა და ლინეარიზაციის წრედებისგან. ცვლადი დენი აწვდის ენერგიას ხვეულს პირველადი მაგნიტური ველის შესაქმნელად. როდესაც ობიექტი ხვეულს უახლოვდება ან შორდება, მისი პოზიციის აღმოჩენა შესაძლებელია ცვალებადი დენების მიერ წარმოქმნილი მეორადი ველის ურთიერთქმედების გამოყენებით, რაც გავლენას ახდენს ხვეულის წინაღობაზე. როდესაც ობიექტი ხვეულს უახლოვდება, ცვალებადი დენის დანაკარგები იზრდება და რხევითი ძაბვა მცირდება (სურათი 2). რხევითი ძაბვა გასწორდება და მუშავდება ლინეარიზატორის წრედით, რათა წარმოქმნას წრფივი მუდმივი დენი, რომელიც პროპორციულია ობიექტის მანძილისა.
მორევული დენის მოწყობილობები არის გამძლე, უკონტაქტო მოწყობილობები, რომლებიც ძირითადად გამოიყენება სიახლოვის სენსორებად. ისინი ყველგანმიმართულებიანია და შეუძლიათ ობიექტამდე ფარდობითი მანძილის დადგენა, მაგრამ არა ობიექტამდე მიმართულების ან აბსოლუტური მანძილის.
როგორც სახელიდან ჩანს, ტევადობის სენსორები ზომავენ ტევადობის ცვლილებებს, რათა განსაზღვრონ აღმოჩენილი ობიექტის პოზიცია. ეს უკონტაქტო სენსორები შეიძლება გამოყენებულ იქნას წრფივი ან ბრუნვითი პოზიციის გასაზომად. ისინი შედგება დიელექტრიკული მასალით გამოყოფილი ორი ფირფიტისგან და ობიექტის პოზიციის დასადგენად იყენებენ ორიდან ერთ-ერთ მეთოდს:
დიელექტრული მუდმივას ცვლილების გამოსაწვევად, ობიექტი, რომლის პოზიციაც უნდა დაფიქსირდეს, მიმაგრებულია დიელექტრულ მასალაზე. დიელექტრული მასალის მოძრაობისას, კონდენსატორის ეფექტური დიელექტრული მუდმივა იცვლება დიელექტრული მასალის ფართობისა და ჰაერის დიელექტრული მუდმივას კომბინაციის გამო. ალტერნატიულად, ობიექტი შეიძლება მიერთდეს კონდენსატორის ერთ-ერთ ფირფიტას. ობიექტის მოძრაობისას, ფირფიტები უახლოვდებიან ან შორდებიან ერთმანეთს და ტევადობის ცვლილება გამოიყენება ფარდობითი პოზიციის დასადგენად.
ტევადობითი სენსორებით შესაძლებელია ობიექტების გადაადგილების, მანძილის, პოზიციისა და სისქის გაზომვა. მაღალი სიგნალის სტაბილურობისა და გარჩევადობის გამო, ტევადობითი გადაადგილების სენსორები გამოიყენება ლაბორატორიულ და სამრეწველო გარემოში. მაგალითად, ტევადობითი სენსორები გამოიყენება ფირის სისქისა და წებოვანი აპლიკაციების გასაზომად ავტომატიზირებულ პროცესებში. სამრეწველო მანქანებში ისინი გამოიყენება გადაადგილებისა და ხელსაწყოს პოზიციის მონიტორინგისთვის.
მაგნიტოსტრიქცია ფერომაგნიტური მასალების თვისებაა, რომელიც მაგნიტური ველის გამოყენებისას იწვევს მასალის ზომის ან ფორმის შეცვლას. მაგნიტოსტრიქციულ პოზიციის სენსორში, მოძრავი პოზიციის მაგნიტი მიმაგრებულია გასაზომ ობიექტზე. იგი შედგება ტალღგამტარისგან, რომელიც შედგება დენის იმპულსების მატარებელი მავთულებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია ტალღგამტარის ბოლოში განთავსებულ სენსორთან (სურათი 3). როდესაც დენის იმპულსი იგზავნება ტალღგამტარში, მავთულში იქმნება მაგნიტური ველი, რომელიც ურთიერთქმედებს მუდმივი მაგნიტის (ცილინდრის დგუშში არსებული მაგნიტი, სურათი 3ა) ღერძულ მაგნიტურ ველთან. ველის ურთიერთქმედება გამოწვეულია დაგრეხვით (ვიდემანის ეფექტი), რომელიც ძაბავს მავთულს, წარმოქმნის აკუსტიკურ იმპულსს, რომელიც ვრცელდება ტალღგამტარის გასწვრივ და აღმოჩენილია ტალღგამტარის ბოლოში არსებული სენსორის მიერ (სურათი 3ბ). დენის იმპულსის დაწყებასა და აკუსტიკური იმპულსის აღმოჩენას შორის გასული დროის გაზომვით, შესაძლებელია პოზიციის მაგნიტის და შესაბამისად, ობიექტის ფარდობითი პოზიციის გაზომვა (სურათი 3გ).
მაგნიტოსტრიქციული პოზიციის სენსორები არის უკონტაქტო სენსორები, რომლებიც გამოიყენება წრფივი პოზიციის დასადგენად. ტალღის გამტარები ხშირად მოთავსებულია უჟანგავი ფოლადის ან ალუმინის მილებში, რაც საშუალებას იძლევა, ეს სენსორები გამოყენებულ იქნას ჭუჭყიან ან სველ გარემოში.
როდესაც თხელი, ბრტყელი გამტარი მოთავსებულია მაგნიტურ ველში, ნებისმიერი დინება, რომელიც მიედინება, გამტარის ერთ მხარეს გროვდება, რაც ქმნის პოტენციურ სხვაობას, რომელსაც ჰოლის ძაბვა ეწოდება. თუ გამტარში დენი მუდმივია, ჰოლის ძაბვის სიდიდე ასახავს მაგნიტური ველის სიძლიერეს. ჰოლის ეფექტის პოზიციის სენსორში ობიექტი დაკავშირებულია სენსორის ლილვში განთავსებულ მაგნიტთან. ობიექტის მოძრაობისას, მაგნიტის პოზიცია იცვლება ჰოლის ელემენტთან მიმართებაში, რაც იწვევს ჰოლის ძაბვის ცვლილებას. ჰოლის ძაბვის გაზომვით შესაძლებელია ობიექტის პოზიციის დადგენა. არსებობს სპეციალიზებული ჰოლის ეფექტის პოზიციის სენსორები, რომლებსაც შეუძლიათ პოზიციის განსაზღვრა სამ განზომილებაში (სურათი 4). ჰოლის ეფექტის პოზიციის სენსორები არის უკონტაქტო მოწყობილობები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მაღალ საიმედოობას და სწრაფ ზონდირებას და მუშაობენ ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში. ისინი გამოიყენება სამომხმარებლო, სამრეწველო, საავტომობილო და სამედიცინო დანიშნულებით.
არსებობს ბოჭკოვანი ოპტიკური სენსორების ორი ძირითადი ტიპი. შინაგან ბოჭკოვან სენსორებში, ბოჭკო გამოიყენება როგორც სენსორული ელემენტი. გარე ბოჭკოვან ოპტიკურ სენსორებში, ბოჭკოვანი ოპტიკა გაერთიანებულია სხვა სენსორულ ტექნოლოგიასთან, რათა სიგნალი გადაეცეს დისტანციურ ელექტრონიკას დასამუშავებლად. შინაგანი ბოჭკოვანი პოზიციის გაზომვის შემთხვევაში, დროის დაყოვნების დასადგენად შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოწყობილობა, როგორიცაა ოპტიკური დროის დომენის რეფლექტომეტრი. ტალღის სიგრძის ცვლის გამოთვლა შესაძლებელია ინსტრუმენტის გამოყენებით, რომელიც იყენებს ოპტიკური სიხშირის დომენის რეფლექტომეტრს. ბოჭკოვანი ოპტიკური სენსორები იმუნურია ელექტრომაგნიტური ჩარევის მიმართ, შეიძლება დაპროექტდეს მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობისთვის და არ არის გამტარი, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია მაღალი წნევის ან აალებადი მასალების მახლობლად.
პოზიციის გაზომვისთვის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბოჭკოვანი ბრაგის ბადის (FBG) ტექნოლოგიაზე დაფუძნებული კიდევ ერთი ბოჭკოვანი ოპტიკური სენსორი. FBG მოქმედებს როგორც ჭრილის ფილტრი, რომელიც ასახავს ბრაგის ტალღის სიგრძეზე (λB) ორიენტირებული სინათლის მცირე ნაწილს ფართო სპექტრის სინათლით განათებისას. იგი დამზადებულია ბოჭკოვანი ბირთვში ამოტვიფრული მიკროსტრუქტურებით. FBG-ების გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა პარამეტრების გასაზომად, როგორიცაა ტემპერატურა, დეფორმაცია, წნევა, დახრილობა, გადაადგილება, აჩქარება და დატვირთვა.
არსებობს ოპტიკური პოზიციის სენსორების ორი ტიპი, რომლებიც ასევე ცნობილია როგორც ოპტიკური ენკოდერები. ერთ შემთხვევაში, სინათლე იგზავნება მიმღებში სენსორის მეორე ბოლოში. მეორე ტიპის შემთხვევაში, გამოსხივებული სინათლის სიგნალი აირეკლება მონიტორინგის ობიექტის მიერ და უბრუნდება სინათლის წყაროს. სენსორის დიზაინის მიხედვით, ობიექტის პოზიციის დასადგენად გამოიყენება სინათლის თვისებების ცვლილებები, როგორიცაა ტალღის სიგრძე, ინტენსივობა, ფაზა ან პოლარიზაცია. ენკოდერზე დაფუძნებული ოპტიკური პოზიციის სენსორები ხელმისაწვდომია წრფივი და ბრუნვითი მოძრაობისთვის. ეს სენსორები იყოფა სამ ძირითად კატეგორიად: გამტარი ოპტიკური ენკოდერები, ამრეკლავი ოპტიკური ენკოდერები და ინტერფერომეტრული ოპტიკური ენკოდერები.
ულტრაბგერითი პოზიციის სენსორები იყენებენ პიეზოელექტრულ კრისტალურ გადამყვანებს მაღალი სიხშირის ულტრაბგერითი ტალღების გამოსასხივებლად. სენსორი ზომავს არეკლილ ხმას. ულტრაბგერითი სენსორების გამოყენება შესაძლებელია როგორც მარტივი სიახლოვის სენსორები, ან უფრო რთული დიზაინით შეიძლება მიწოდებული იყოს დიაპაზონის ინფორმაცია. ულტრაბგერითი პოზიციის სენსორები მუშაობენ სხვადასხვა მასალისა და ზედაპირის მახასიათებლების სამიზნე ობიექტებთან და შეუძლიათ მცირე ზომის ობიექტების აღმოჩენა უფრო დიდ მანძილზე, ვიდრე პოზიციის სენსორების სხვა ტიპები. ისინი მდგრადია ვიბრაციის, გარემოს ხმაურის, ინფრაწითელი გამოსხივებისა და ელექტრომაგნიტური ჩარევის მიმართ. ულტრაბგერითი პოზიციის სენსორების გამოყენების მაგალითებია სითხის დონის აღმოჩენა, ობიექტების მაღალსიჩქარიანი დათვლა, რობოტული ნავიგაციის სისტემები და საავტომობილო ზონდირება. ტიპიური საავტომობილო ულტრაბგერითი სენსორი შედგება პლასტმასის კორპუსისგან, დამატებითი მემბრანით აღჭურვილი პიეზოელექტრული გადამყვანისგან და ელექტრონული სქემებითა და მიკროკონტროლერებით დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფისგან სიგნალების გადაცემის, მიღებისა და დამუშავებისთვის (სურათი 5).
პოზიციის სენსორებს შეუძლიათ ობიექტების აბსოლუტური ან ფარდობითი წრფივი, ბრუნვითი და კუთხური მოძრაობის გაზომვა. პოზიციის სენსორებს შეუძლიათ ისეთი მოწყობილობების მოძრაობის გაზომვა, როგორიცაა აქტივატორები ან ძრავები. ისინი ასევე გამოიყენება მობილურ პლატფორმებში, როგორიცაა რობოტები და მანქანები. პოზიციის სენსორებში გამოიყენება მრავალფეროვანი ტექნოლოგიები გარემოსდაცვითი გამძლეობის, ღირებულების, სიზუსტის, განმეორებადობის და სხვა ატრიბუტების სხვადასხვა კომბინაციით.
3D მაგნიტური პოზიციის სენსორები, Allegro Microsystems, ავტონომიური სატრანსპორტო საშუალებების ულტრაბგერითი სენსორების ანალიზი და უსაფრთხოების გაძლიერება, IEEE ინტერნეტის ჟურნალი, როგორ ავირჩიოთ პოზიციის სენსორი, კემბრიჯის ინტეგრირებული სქემები, პოზიციის სენსორის ტიპები, Ixthus Instrumentation, რა არის ინდუქციური პოზიციის სენსორი?, Keyence, რა არის მაგნიტოსტრიქციული პოზიციის ზონდირება?, AMETEK
დაათვალიერეთ Design World-ის უახლესი და წინა ნომრები მარტივად გამოსაყენებელ, მაღალი ხარისხის ფორმატში. დაარედაქტირეთ, გააზიარეთ და ჩამოტვირთეთ დღესვე წამყვანი დიზაინის ინჟინერიის ჟურნალის მეშვეობით.
მსოფლიოში წამყვანი პრობლემების გადაჭრის EE ფორუმი, რომელიც მოიცავს მიკროკონტროლერებს, DSP-ს, ქსელებს, ანალოგურ და ციფრულ დიზაინს, რადიოსიხშირულ სისტემებს, დენის ელექტრონიკას, PCB მარშრუტიზაციას და სხვა.
საავტორო უფლება © 2022 WTWH Media LLC. ყველა უფლება დაცულია. ამ საიტზე განთავსებული მასალის რეპროდუცირება, გავრცელება, გადაცემა, ქეშირება ან სხვაგვარად გამოყენება აკრძალულია WTWH Media-ს წინასწარი წერილობითი ნებართვის გარეშე. კონფიდენციალურობის პოლიტიკა | რეკლამა | ჩვენს შესახებ