Vu robotereschen Undriffsketten iwwer Fërderbänner a Versuergungsketteoperatiounen bis zum Schwénge vu Wandturbinnentierm ass d'Positiounsdetektioun eng kritesch Funktioun an enger breeder Palette vun Uwendungen. Si kann a ville Formen ophuelen, dorënner linear, rotativ, winkeleg, absolut, inkrementell, kontakt- a kontaktlos Sensoren. Spezialiséiert Sensoren goufen entwéckelt, déi d'Positioun an dräi Dimensiounen bestëmmen kënnen. Positiounsdetektiounstechnologien enthalen potentiometresch, induktiv, Wirbelstroum, kapazitiv, magnetostriktiv, Halleffekt, Glasfaser, optesch an Ultraschall.
Dës FAQ gëtt eng kuerz Aféierung an déi verschidde Forme vu Positiounsdetektioun a beschreift dann eng Rei vun Technologien, aus deenen Designer wielen kënnen, wann se eng Positiounsdetektiounsléisung implementéieren.
Potentiometresch Positiounssensore si Widderstandsbaséiert Apparater, déi eng fix Widderstandsbunn mat engem Wischer kombinéieren, deen un den Objet befestegt ass, deem seng Positioun muss erkannt ginn. D'Bewegung vum Objet beweegt d'Wischer laanscht d'Streck. D'Positioun vum Objet gëtt mat engem Spannungsteilernetz gemooss, dat aus Schinne a Wischer geformt gëtt, fir linear oder rotativ Bewegung mat enger fixer Gläichspannung ze moossen (Figur 1). Potentiometresch Sensore si bëlleg, awer hunn am Allgemengen eng niddreg Genauegkeet a Widderhuelbarkeet.
Induktiv Positiounssensoren notzen Ännerungen an den Eegeschafte vum Magnéitfeld, dat an der Sensorspule induzéiert gëtt. Ofhängeg vun hirer Architektur kënne si linear oder rotativ Positioun moossen. Linear Variable Differential Transformer (LVDT) Positiounssensoren benotzen dräi Spulen, déi ëm en huel Rouer gewéckelt sinn; eng Primärspule an zwou Sekundärspulen. D'Spulen sinn a Serie verbonnen, an d'Phasenverhältnis vun der Sekundärspule ass 180° aus der Phas am Verhältnes zu der Primärspule. E ferromagnetesche Kär, genannt Armature, gëtt an d'Rouer placéiert a mat dem Objet op der Plaz verbonnen, déi gemooss gëtt. Eng Anregungsspannung gëtt op d'Primärspule ugewannt an eng elektromagnetesch Kraaft (EMF) gëtt an der Sekundärspule induzéiert. Duerch d'Miessung vum Spannungsënnerscheed tëscht de Sekundärspulen kann déi relativ Positioun vum Armature a wou en ugeschloss ass, bestëmmt ginn. En rotéierende Spannungsdifferenztransformator (RVDT) benotzt déiselwecht Technik fir d'Rotatiounspositioun ze verfollegen. LVDT- an RVDT-Sensore bidden eng gutt Genauegkeet, Linearitéit, Opléisung an héich Empfindlechkeet. Si si reibungslos a kënne fir den Asaz an haarde Ëmfeld ofgedicht ginn.
Wirbelstroum-Positiounssensore funktionéieren mat leitfäege Objeten. Wirbelstréim sinn induzéiert Stréim, déi a leitfäege Materialien a Präsenz vun engem verännerleche Magnéitfeld optrieden. Dës Stréim fléissen an enger zouener Schleif a generéieren e sekundärt Magnéitfeld. Wirbelstroum-Sensore bestinn aus Spullen a Lineariséierungsschaltkreesser. Den Wiesselstroum aktivéiert d'Spull fir dat primärt Magnéitfeld ze kreéieren. Wann en Objet sech der Spull ukënnt oder sech dovun ewech beweegt, kann seng Positioun mat Hëllef vun der Interaktioun vum sekundäre Feld, dat duerch Wirbelstréim produzéiert gëtt, erkannt ginn, wat d'Impedanz vun der Spull beaflosst. Wann den Objet méi no un d'Spull kënnt, erhéijen d'Wirbelstroumverloschter an d'Oszillatiounsspannung gëtt méi kleng (Figur 2). D'Oszillatiounsspannung gëtt vun engem Lineariséierungsschaltkrees gläichgeriicht a veraarbecht fir eng linear Gläichstroumausgang ze produzéieren, déi proportional zu der Distanz vum Objet ass.
Wirbelstroumgeräter si robust, kontaktlos Geräter, déi typescherweis als Nähraumsensoren benotzt ginn. Si sinn omnidirektional a kënnen déi relativ Distanz zum Objet bestëmmen, awer net d'Richtung oder déi absolut Distanz zum Objet.
Wéi den Numm et scho seet, moossen kapazitiv Positiounssensoren Ännerungen an der Kapazitéit fir d'Positioun vum Objet ze bestëmmen, deen erkannt gëtt. Dës kontaktlos Sensore kënne benotzt ginn fir linear oder rotativ Positioun ze moossen. Si bestinn aus zwou Placken, déi duerch en dielektrescht Material getrennt sinn, a benotzen eng vun zwou Methoden fir d'Positioun vun engem Objet ze detektéieren:
Fir eng Ännerung vun der dielektrescher Konstant ze verursaachen, gëtt den Objet, deem seng Positioun erkannt soll ginn, un den dielektresche Material befestegt. Wann den dielektresche Material sech beweegt, ännert sech déi effektiv dielektresch Konstant vum Kondensator wéinst der Kombinatioun vun der Fläch vum dielektresche Material an der dielektrescher Konstant vun der Loft. Alternativ kann den Objet un eng vun de Kondensatorplacke verbonne ginn. Wann den Objet sech beweegt, beweege sech d'Placke méi no oder méi wäit, an d'Ännerung vun der Kapazitéit gëtt benotzt fir déi relativ Positioun ze bestëmmen.
Kapazitiv Sensore kënnen d'Verrécklung, d'Distanz, d'Positioun an d'Déckt vun Objeten moossen. Wéinst hirer héijer Signalstabilitéit an Opléisung gi kapazitiv Verrécklungssensore a Laboratoire- an Industrieëmfeld benotzt. Zum Beispill gi kapazitiv Sensore benotzt fir d'Foliedicke an d'Klebstoffapplikatiounen an automatiséierte Prozesser ze moossen. An industrielle Maschinne gi se benotzt fir d'Verrécklung an d'Toolpositioun ze iwwerwaachen.
Magnetostriktioun ass eng Eegeschaft vu ferromagnetesche Materialien, déi verursaacht, datt d'Material seng Gréisst oder Form ännert, wann e Magnéitfeld ugewannt gëtt. An engem magnetostriktive Positiounssensor ass e beweegleche Positiounsmagnet un den Objet befestegt, deen gemooss gëtt. E besteet aus engem Wellenleiter, deen aus Drot besteet, déi Stroumimpulser droen, a mat engem Sensor verbonne sinn, deen um Enn vum Wellenleiter läit (Figur 3). Wann e Stroumimpuls de Wellenleiter erofgeschéckt gëtt, gëtt e Magnéitfeld am Drot erstallt, dat mam axialen Magnéitfeld vum Permanentmagnet (de Magnéit am Zylinderkolben, Figur 3a) interagéiert. D'Feldinteraktioun gëtt duerch Verdréiung verursaacht (de Wiedemann-Effekt), wat den Drot spannt an en akusteschen Impuls produzéiert, deen sech laanscht de Wellenleiter ausbreet a vun engem Sensor um Enn vum Wellenleiter detektéiert gëtt (Fig. 3b). Duerch d'Miessung vun der vergaangener Zäit tëscht dem Ufank vum Stroumimpuls an der Detektioun vum akusteschen Impuls kann déi relativ Positioun vum Positiounsmagnet an domat vum Objet gemooss ginn (Fig. 3c).
Magnetostriktiv Positiounssensore si kontaktlos Sensoren, déi benotzt gi fir linear Positiounen ze detektéieren. Wellenleiter sinn dacks a Réier aus Edelstol oder Aluminium ënnerbruecht, sou datt dës Sensoren a dreckegem oder naassen Ëmfeld benotzt kënne ginn.
Wann en dënnen, flaache Leeder an e Magnéitfeld placéiert gëtt, tendéiert all Stroum, deen fléisst, sech op enger Säit vum Leeder opzebauen, wouduerch eng Potenzialdifferenz entsteet, déi Hallspannung genannt gëtt. Wann de Stroum am Leeder konstant ass, reflektéiert d'Gréisst vun der Hallspannung d'Stäerkt vum Magnéitfeld. An engem Hall-Effekt-Positiounssensor ass den Objet mat engem Magnet verbonnen, deen am Sensorwelle ënnerbruecht ass. Wann den Objet sech beweegt, ännert sech d'Positioun vum Magnet relativ zum Hall-Element, wat zu enger ännernder Hallspannung féiert. Duerch d'Miessung vun der Hallspannung kann d'Positioun vun engem Objet bestëmmt ginn. Et gi spezialiséiert Hall-Effekt-Positiounssensoren, déi d'Positioun an dräi Dimensiounen bestëmmen kënnen (Figur 4). Hall-Effekt-Positiounssensore si kontaktlos Geräter, déi eng héich Zouverlässegkeet a séier Detektioun bidden, a funktionéieren iwwer e breede Temperaturberäich. Si ginn an enger Rei vu Konsumenten-, Industrie-, Automobil- a medizineschen Uwendungen agesat.
Et ginn zwou Grondtypen vu Glasfasersensoren. Bei intrinsesche Glasfasersensoren gëtt d'Glasfaser als Sensorelement benotzt. Bei externen Glasfasersensoren gëtt Glasfaser mat enger anerer Sensortechnologie kombinéiert, fir de Signal un d'elektronesch Geräter fir d'Veraarbechtung weiderzeginn. Am Fall vun intrinsesche Glasfaserpositiounsmiessunge kann en Apparat wéi en opteschen Zäitdomänreflektometer benotzt ginn, fir d'Zäitverzögerung ze bestëmmen. D'Wellenlängteverschiebung kann mat engem Instrument berechent ginn, deen en opteschen Frequenzdomänreflektometer implementéiert. Glasfasersensore si immun géint elektromagnetesch Stéierungen, kënne fir d'Aarbecht bei héijen Temperaturen entwéckelt ginn a si net leetend, sou datt se a der Géigend vu Materialien mat héijem Drock oder brennbare Materialien agesat kënne ginn.
Eng aner Glasfaser-Detektioun baséiert op der Fiber Bragg Grating (FBG) Technologie kann och fir d'Positiounsmessung benotzt ginn. Den FBG handelt als Notchfilter, deen e klenge Brochdeel vum Liicht reflektéiert, dat op der Bragg Wellelängt (λB) zentréiert ass, wann et mat Breitspektrumliicht beliicht gëtt. E gëtt mat Mikrostrukturen hiergestallt, déi an de Faserkär ageätzt sinn. FBGs kënne benotzt ginn, fir verschidde Parameteren ze moossen, wéi Temperatur, Dehnung, Drock, Neigung, Verrécklung, Beschleunigung a Belaaschtung.
Et ginn zwou Zorte vun optesche Positiounssensoren, och bekannt als optesch Encoderen. An engem Fall gëtt d'Liicht un en Empfänger um aneren Enn vum Sensor geschéckt. Am zweeten Typ gëtt dat ausgestraalt Liichtsignal vum iwwerwaachten Objet reflektéiert a gëtt un d'Liichtquell zréckginn. Ofhängeg vum Sensordesign ginn Ännerungen an de Liichteigenschaften, wéi Wellelängt, Intensitéit, Phas oder Polariséierung, benotzt fir d'Positioun vun engem Objet ze bestëmmen. Encoder-baséiert optesch Positiounssensoren si fir linear a rotativ Bewegung verfügbar. Dës Sensore falen an dräi Haaptkategorien: transmissiv optesch Encoderen, reflektiv optesch Encoderen an interferometresch optesch Encoderen.
Ultraschallpositiounssensore benotzen piezoelektresch Kristallwandler fir héichfrequent Ultraschallwellen auszesträichen. De Sensor moosst den reflektéierte Schall. Ultraschallsensore kënnen als einfach Proximitéitssensore benotzt ginn, oder méi komplex Designen kënnen Informatioun iwwer Distanz liwweren. Ultraschallpositiounssensore funktionéieren mat Zilobjeten aus verschiddene Materialien an Uewerflächemerkmale a kënnen kleng Objeten op gréissere Distanzen detektéieren wéi vill aner Aarte vu Positiounssensoren. Si si resistent géint Vibratiounen, Ëmgéigendgeräischer, Infraroutstralung an elektromagnetesch Stéierungen. Beispiller fir Uwendungen, déi Ultraschallpositiounssensore benotzen, sinn d'Detektioun vu Flëssegkeetsniveauen, d'High-Speed-Zielen vun Objeten, roboteresch Navigatiounssystemer an d'Detektioun vun Autoen. En typeschen Ultraschallsensor fir Autoen besteet aus engem Plastikgehäuse, engem piezoelektreschen Wandler mat enger zousätzlecher Membran an enger gedréckter Leiterplack mat elektronesche Schaltungen a Mikrocontroller fir d'Iwwerdroung, den Empfang an d'Veraarbechtung vu Signaler (Figur 5).
Positiounssensore kënnen absolut oder relativ linear, rotativ a winkeleg Beweegunge vun Objeten moossen. Positiounssensore kënnen d'Beweegunge vun Apparater wéi Aktuatoren oder Motoren moossen. Si ginn och a mobilen Plattformen wéi Roboteren an Autoen benotzt. Eng Vielfalt vun Technologien gëtt a Positiounssensore mat verschiddene Kombinatioune vun Ëmwelthaltbarkeet, Käschten, Genauegkeet, Widderhuelbarkeet an aner Attributer benotzt.
3D Magnéitesch Positiounssensoren, Allegro MicrosystemsAnalyse a Verbesserung vun der Sécherheet vun Ultraschallsensoren fir autonom Gefierer, IEEE Internet of Things Journal Wéi ee Positiounssensor auswielt, Cambridge Integrated CircuitsPositiounssensortypen, Ixthus InstrumentationWat ass en induktive Positiounssensor?, Keyence Wat ass magnetostriktiv Positiounsdetektioun?, AMETEK
Kuckt Iech déi lescht Ausgaben vun Design World a fréier Ausgaben an engem einfach ze benotzende Format mat héijer Qualitéit un. Editéiert, deelt an luet se haut erof mat der féierender Zäitschrëft fir Design-Ingenieurswiesen.
De weltwäit féierende Problemléisungsforum fir EE, deen sech mat Mikrocontroller, DSP, Netzwierker, analogen an digitalen Design, RF, Leeschtungselektronik, PCB-Routing a méi beschäftegt.
Copyright © 2022 WTWH Media LLC. All Rechter reservéiert. D'Material op dëser Säit däerf net reproduzéiert, verdeelt, iwwerdroen, am Cache gespäichert oder soss benotzt ginn ouni déi viraus schrëftlech Erlaabnes vu WTWH Media. Dateschutzbestimmungen | Reklammen | Iwwert eis