Роботталған жетек тізбектерінен бастап жеткізу тізбегіндегі конвейерлік таспаларға және жел турбинасы мұнараларының тербелісіне дейін позицияны сезу кең ауқымды қолданбаларда маңызды функция болып табылады. Ол сызықтық, айналмалы, бұрыштық, абсолютті, инкрементальды, жанаспалы және жанаспайтын сенсорларды қоса алғанда, көптеген формаларды қабылдай алады. Үш өлшемде позицияны анықтай алатын мамандандырылған сенсорлар жасалды. Позицияны сезу технологияларына потенциометриялық, индуктивті, құйынды ток, сыйымдылық, магнитостриктивті, Холл эффектісі, талшықты-оптикалық, оптикалық және ультрадыбыстық жатады.
Бұл жиі қойылатын сұрақтар позицияны сезудің әртүрлі түрлеріне қысқаша кіріспе береді, содан кейін дизайнерлер позицияны сезу шешімін енгізу кезінде таңдай алатын бірқатар технологияларды қарастырады.
Потенциометриялық позиция сенсорлары - бұл бекітілген резистивті жолды орнын анықтау қажет нысанға бекітілген шыны тазалағышпен біріктіретін кедергіге негізделген құрылғылар. Нысанның қозғалысы шыны тазалағышты жол бойымен жылжытады. Нысанның орны бекітілген тұрақты ток кернеуімен сызықтық немесе айналмалы қозғалысты өлшеу үшін рельстер мен шыны тазалағыштармен құрылған кернеу бөлгіш желісін пайдалану арқылы өлшенеді (1-сурет). Потенциометриялық сенсорлар арзан, бірақ әдетте дәлдігі мен қайталануы төмен.
Индуктивті позиция сенсорлары сенсор катушкасында индукцияланған магнит өрісінің қасиеттеріндегі өзгерістерді пайдаланады. Олардың архитектурасына байланысты олар сызықтық немесе айналмалы позицияларды өлшей алады. Сызықтық айнымалы дифференциалды трансформатор (LVDT) позиция сенсорлары қуыс түтікке оралған үш катушканы пайдаланады; біріншілік катушка және екі екіншілік катушка. Катушкалар тізбектей қосылған, ал екіншілік катушканың фазалық қатынасы біріншілік катушкаға қатысты фазадан 180° тыс. Якорь деп аталатын ферромагниттік өзек түтіктің ішіне орналастырылады және өлшенетін жердегі объектіге қосылады. Біріншілік катушкаға қоздыру кернеуі қолданылады және екіншілік катушкада электромагниттік күш (ЭҚК) индукцияланады. Екіншілік катушкалар арасындағы кернеу айырмашылығын өлшеу арқылы якорьдің салыстырмалы орналасуын және оның бекітілген жерін анықтауға болады. Айналмалы кернеу дифференциалды трансформаторы (RVDT) айналмалы позицияны бақылау үшін дәл осындай әдісті қолданады. LVDT және RVDT сенсорлары жақсы дәлдікті, сызықтықты, ажыратымдылықты және жоғары сезімталдықты ұсынады. Олар үйкеліссіз және қатал ортада пайдалану үшін тығыздалуы мүмкін.
Құйынды ток күйінің сенсорлары өткізгіш нысандармен жұмыс істейді. Құйынды токтар - өзгермелі магнит өрісі болған кезде өткізгіш материалдарда пайда болатын индукциялық токтар. Бұл токтар тұйықталған циклде ағады және екінші реттік магнит өрісін тудырады. Құйынды ток сенсорлары катушкалардан және сызықтық тізбектерден тұрады. Айнымалы ток катушканы қуаттандырып, бастапқы магнит өрісін жасайды. Нысан катушкаға жақындағанда немесе одан алыстағанда, оның орнын құйынды токтар тудыратын екінші реттік өрістің өзара әрекеттесуі арқылы анықтауға болады, бұл катушканың кедергісіне әсер етеді. Нысан катушкаға жақындаған сайын құйынды токтың шығындары артады және тербелмелі кернеу кішірейеді (2-сурет). Тербелмелі кернеу объектінің қашықтығына пропорционалды сызықтық тұрақты ток шығысын алу үшін сызықтық түзеткіш тізбекпен түзетіледі және өңделеді.
Құйынды ток құрылғылары - әдетте жақындық сенсорлары ретінде қолданылатын берік, жанаспайтын құрылғылар. Олар барлық бағытта болады және нысанға дейінгі салыстырмалы қашықтықты анықтай алады, бірақ нысанға дейінгі бағытты немесе абсолютті қашықтықты анықтай алмайды.
Атауынан көрініп тұрғандай, сыйымдылық позициясының сенсорлары сезілетін нысанның орнын анықтау үшін сыйымдылықтың өзгеруін өлшейді. Бұл жанаспайтын сенсорларды сызықтық немесе айналмалы позицияны өлшеу үшін пайдалануға болады. Олар диэлектрлік материалмен бөлінген екі пластинадан тұрады және нысанның орнын анықтау үшін екі әдістің бірін пайдаланады:
Диэлектрлік тұрақтының өзгеруіне әкелу үшін, орналасуы анықталатын объект диэлектрлік материалға бекітіледі. Диэлектрлік материал қозғалған сайын, конденсатордың тиімді диэлектрлік тұрақтысы диэлектрлік материалдың ауданы мен ауаның диэлектрлік тұрақтысының үйлесуіне байланысты өзгереді. Немесе объектіні конденсатор пластиналарының біріне қосуға болады. Объект қозғалған сайын пластиналар жақындайды немесе алыстайды, ал сыйымдылықтың өзгеруі салыстырмалы орналасуды анықтау үшін қолданылады.
Сыйымдылық сенсорлары объектілердің ығысуын, қашықтығын, орнын және қалыңдығын өлшей алады. Сигналдың жоғары тұрақтылығы мен ажыратымдылығына байланысты сыйымдылық ығысу сенсорлары зертханалық және өнеркәсіптік ортада қолданылады. Мысалы, сыйымдылық сенсорлары автоматтандырылған процестерде пленка қалыңдығын және желім қолдануды өлшеу үшін қолданылады. Өнеркәсіптік машиналарда олар ығысуды және құралдың орнын бақылау үшін қолданылады.
Магнитострикция - бұл магнит өрісі қолданылған кезде материалдың өлшемін немесе пішінін өзгертуге әкелетін ферромагниттік материалдардың қасиеті. Магнитостриктивті позиция сенсорында өлшенетін нысанға қозғалмалы позиция магниті бекітіледі. Ол ток импульстарын тасымалдайтын сымдардан тұратын, толқын өткізгіштің соңында орналасқан сенсорға қосылған толқын өткізгіштен тұрады (3-сурет). Ток импульсі толқын өткізгіштен төмен жіберілгенде, тұрақты магниттің осьтік магнит өрісімен (цилиндр поршеніндегі магнит, 3a-сурет) әрекеттесетін сымдағы магнит өрісі пайда болады. Өрістің өзара әрекеттесуі бұралу арқылы пайда болады (Видеман эффектісі), ол сымды созады, толқын өткізгіш бойымен таралатын және толқын өткізгіштің соңындағы сенсормен анықталатын акустикалық импульсті тудырады (3b-сурет). Ток импульсінің басталуы мен акустикалық импульстің анықталуы арасындағы өткен уақытты өлшеу арқылы позиция магнитінің және демек, нысанның салыстырмалы орнын өлшеуге болады (3c-сурет).
Магнитостриктивті позиция сенсорлары - сызықтық позицияны анықтау үшін қолданылатын жанаспайтын сенсорлар. Толқын бағыттаушылар көбінесе тот баспайтын болаттан немесе алюминий түтіктерде орналасады, бұл бұл сенсорларды лас немесе ылғалды ортада пайдалануға мүмкіндік береді.
Жұқа, жазық өткізгіш магнит өрісіне орналастырылған кезде, кез келген ток өткізгіштің бір жағында жиналып, Холл кернеуі деп аталатын потенциалдар айырмашылығын тудырады. Егер өткізгіштегі ток тұрақты болса, Холл кернеуінің шамасы магнит өрісінің күшін көрсетеді. Холл эффектісі бар позиция сенсорында объект сенсор білігінде орналасқан магнитке қосылады. Объект қозғалған кезде магниттің орны Холл элементіне қатысты өзгереді, нәтижесінде Холл кернеуі өзгереді. Холл кернеуін өлшеу арқылы объектінің орнын анықтауға болады. Үш өлшемде позицияны анықтай алатын мамандандырылған Холл эффектісі бар позиция сенсорлары бар (4-сурет). Холл эффектісі бар позиция сенсорлары - жоғары сенімділік пен жылдам сезуді қамтамасыз ететін және кең температура диапазонында жұмыс істейтін жанаспайтын құрылғылар. Олар тұтынушылық, өнеркәсіптік, автомобильдік және медициналық қолданбалардың кең ауқымында қолданылады.
Талшықты-оптикалық сенсорлардың екі негізгі түрі бар. Ішкі талшықты-оптикалық сенсорларда талшық сенсорлық элемент ретінде қолданылады. Сыртқы талшықты-оптикалық сенсорларда талшықты-оптикалық сенсорлар сигналды өңдеу үшін қашықтағы электроникаға беру үшін басқа сенсорлық технологиямен біріктіріледі. Ішкі талшық позициясын өлшеу жағдайында уақыт кідірісін анықтау үшін оптикалық уақыт доменінің рефлектометрі сияқты құрылғыны пайдалануға болады. Толқын ұзындығының ығысуын оптикалық жиілік доменінің рефлектометрін қолданатын құралды пайдаланып есептеуге болады. Талшықты-оптикалық сенсорлар электромагниттік кедергілерге төзімді, жоғары температурада жұмыс істеуге арналған және өткізгіш емес, сондықтан оларды жоғары қысымды немесе жанғыш материалдардың жанында пайдалануға болады.
Талшықты Брэгг торы (ТБТ) технологиясына негізделген тағы бір талшықты-оптикалық сенсор позицияны өлшеу үшін де пайдаланылуы мүмкін. ТБТ кең спектрлі жарықпен жарықтандырылған кезде Брэгг толқын ұзындығына (λB) бағытталған жарықтың аз ғана бөлігін шағылыстыратын ойық сүзгі ретінде әрекет етеді. Ол талшықты өзекке ойылған микроқұрылымдармен жасалған. ТБТ температура, деформация, қысым, еңкею, ығысу, үдеу және жүктеме сияқты әртүрлі параметрлерді өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін.
Оптикалық позиция сенсорларының екі түрі бар, олар оптикалық кодтаушылар деп те аталады. Бір жағдайда жарық сенсордың екінші ұшындағы қабылдағышқа жіберіледі. Екінші түрінде шығарылған жарық сигналы бақыланатын объектімен шағылысып, жарық көзіне қайтарылады. Сенсордың конструкциясына байланысты, объектінің орнын анықтау үшін толқын ұзындығы, қарқындылығы, фазасы немесе поляризациясы сияқты жарық қасиеттерінің өзгерістері қолданылады. Кодерге негізделген оптикалық позиция сенсорлары сызықтық және айналмалы қозғалыс үшін қолжетімді. Бұл сенсорлар үш негізгі санатқа бөлінеді; өткізгіш оптикалық кодтаушылар, шағылыстырғыш оптикалық кодтаушылар және интерферометриялық оптикалық кодтаушылар.
Ультрадыбыстық позиция сенсорлары жоғары жиілікті ультрадыбыстық толқындарды шығару үшін пьезоэлектрлік кристалды түрлендіргіштерді пайдаланады. Сенсор шағылысқан дыбысты өлшейді. Ультрадыбыстық сенсорларды қарапайым жақындық сенсорлары ретінде пайдалануға болады, немесе күрделірек конструкциялар диапазонды ақпарат бере алады. Ультрадыбыстық позиция сенсорлары әртүрлі материалдар мен беттік ерекшеліктердің нысаналы нысандарымен жұмыс істейді және позиция сенсорларының басқа түрлеріне қарағанда үлкен қашықтықтағы шағын нысандарды анықтай алады. Олар дірілге, қоршаған орта шуына, инфрақызыл сәулеленуге және электромагниттік кедергілерге төзімді. Ультрадыбыстық позиция сенсорларын қолданудың мысалдарына сұйықтық деңгейін анықтау, нысандарды жоғары жылдамдықпен санау, роботтық навигациялық жүйелер және автомобильдік сенсорлар жатады. Әдеттегі автомобильдік ультрадыбыстық сенсор пластикалық корпустан, қосымша мембранасы бар пьезоэлектрлік түрлендіргіштен және сигналдарды беру, қабылдау және өңдеу үшін электрондық схемалар мен микроконтроллерлер бар баспа схемалық тақтадан тұрады (5-сурет).
Позиция сенсорлары нысандардың абсолютті немесе салыстырмалы сызықтық, айналмалы және бұрыштық қозғалысын өлшей алады. Позиция сенсорлары жетектер немесе қозғалтқыштар сияқты құрылғылардың қозғалысын өлшей алады. Олар сондай-ақ роботтар мен автомобильдер сияқты мобильді платформаларда қолданылады. Қоршаған ортаның беріктігі, құны, дәлдігі, қайталануы және басқа да атрибуттарының әртүрлі үйлесімдері бар позиция сенсорларында әртүрлі технологиялар қолданылады.
3D магниттік позиция сенсорлары, Allegro микрожүйелеріАвтономды көліктерге арналған ультрадыбыстық сенсорлардың қауіпсіздігін талдау және күшейту, IEEE Internet of Things журналы Позиция сенсорын қалай таңдауға болады, Кембридж интегралдық схемаларыПозиция сенсорларының түрлері, Ixthus InstrumentationИндуктивті позиция сенсоры дегеніміз не?, KeyenceМагнитостриктивті позицияны сезу дегеніміз не?, AMETEK
Design World журналының соңғы және алдыңғы сандарын пайдалануға оңай, жоғары сапалы форматта қарап шығыңыз. Бүгін жетекші дизайн инженерлік журналымен өңдеңіз, бөлісіңіз және жүктеп алыңыз.
Микроконтроллерлер, DSP, желілік технологиялар, аналогтық және сандық дизайн, радиожиілік, қуат электроникасы, PCB маршруттау және т.б. мәселелерді шешуге арналған әлемдегі ең үздік EE форумы.
Авторлық құқық © 2022 WTWH Media LLC. Барлық құқықтар қорғалған. Бұл сайттағы материалды WTWH Media компаниясының алдын ала жазбаша рұқсатынсыз көшіруге, таратуға, беруге, кэштеуге немесе басқаша пайдалануға болмайды. Құпиялылық саясаты | Жарнама | Біз туралы