Nuo robotinių pavaros grandinių iki konvejerių juostų tiekimo grandinės operacijose ir vėjo turbinų bokštų siūbavimo – padėties jutikliai yra labai svarbi funkcija įvairiose srityse. Jie gali būti įvairių formų, įskaitant linijinius, rotacinius, kampinius, absoliučius, prieauginius, kontaktinius ir bekontakčius jutiklius. Sukurti specializuoti jutikliai, galintys nustatyti padėtį trijose dimensijose. Padėties jutiklių technologijos apima potenciometrinius, indukcinius, sūkurinių srovių, talpinius, magnetostrikcinius, Holo efekto, šviesolaidinius, optinius ir ultragarsinius.
Šiuose DUK trumpai supažindinama su įvairiomis padėties jutimo formomis, o tada apžvelgiamos įvairios technologijos, kurias projektuotojai gali pasirinkti įgyvendindami padėties jutimo sprendimą.
Potenciometriniai padėties jutikliai yra varžos pagrindu veikiantys įtaisai, kurie sujungia fiksuotą varžinį takelį su valytuvu, pritvirtintu prie objekto, kurio padėtį reikia nustatyti. Objekto judėjimas judina valytuvus takeliu. Objekto padėtis matuojama naudojant įtampos daliklio tinklą, sudarytą iš bėgių ir valytuvų, kad būtų galima matuoti tiesinį arba sukamąjį judėjimą fiksuota nuolatine įtampa (1 pav.). Potenciometriniai jutikliai yra nebrangūs, tačiau paprastai pasižymi mažu tikslumu ir pakartojamumu.
Induktyviniai padėties jutikliai naudoja jutiklio ritėje indukuoto magnetinio lauko savybių pokyčius. Priklausomai nuo jų architektūros, jie gali matuoti linijinę arba sukimosi padėtį. Linijinio kintamo diferencialinio transformatoriaus (LVDT) padėties jutikliai naudoja tris rites, apvyniotas aplink tuščiavidurį vamzdį: pirminę ritę ir dvi antrines rites. Ritės yra sujungtos nuosekliai, o antrinės ritės fazės santykis yra 180° fazės skirtumas pirminės ritės atžvilgiu. Vamzdžio viduje įdedama feromagnetinė šerdis, vadinama armatūra, ir prijungiama prie matuojamoje vietoje esančio objekto. Pirminei ritei taikoma sužadinimo įtampa, o antrinėje ritėje indukuojama elektromagnetinė jėga (EMJ). Matuojant įtampos skirtumą tarp antrinių ričių, galima nustatyti santykinę armatūros ir prie ko ji pritvirtinta padėtį. Sukamasis įtampos diferencialinis transformatorius (RVDT) naudoja tą pačią techniką sukimosi padėčiai sekti. LVDT ir RVDT jutikliai pasižymi geru tikslumu, tiesiškumu, skiriamąja geba ir dideliu jautrumu. Jie yra be trinties ir gali būti sandarūs, kad būtų galima naudoti atšiaurioje aplinkoje.
Sūkurinių srovių padėties jutikliai veikia su laidžiais objektais. Sūkurinės srovės yra indukuotos srovės, atsirandančios laidžiose medžiagose esant kintančiam magnetiniam laukui. Šios srovės teka uždaroje kilpoje ir sukuria antrinį magnetinį lauką. Sūkurinių srovių jutikliai susideda iš ričių ir tiesinimo grandinių. Kintamoji srovė įjungia ritę, kad sukurtų pirminį magnetinį lauką. Kai objektas artėja prie ritės arba nuo jos tolsta, jo padėtį galima nustatyti naudojant sūkurinių srovių sukuriamo antrinio lauko sąveiką, kuri veikia ritės varžą. Objektui artėjant prie ritės, sūkurinių srovių nuostoliai didėja, o virpesių įtampa mažėja (2 pav.). Virpesių įtampa yra išlyginama ir apdorojama tiesinimo grandine, kad būtų sukurta tiesinė nuolatinė išvestis, proporcinga objekto atstumui.
Sūkurinių srovių įtaisai yra tvirti, bekontakčiai įtaisai, paprastai naudojami kaip artumo jutikliai. Jie yra visakrypčiai ir gali nustatyti santykinį atstumą iki objekto, bet ne kryptį ar absoliutų atstumą iki objekto.
Kaip rodo pavadinimas, talpiniai padėties jutikliai matuoja talpos pokyčius, kad nustatytų tiriamo objekto padėtį. Šie bekontakčiai jutikliai gali būti naudojami linijinei arba sukimosi padėčiai matuoti. Jie susideda iš dviejų plokščių, atskirtų dielektrine medžiaga, ir naudoja vieną iš dviejų metodų objekto padėčiai nustatyti:
Norint pakeisti dielektrinę konstantą, objektas, kurio padėtį reikia nustatyti, pritvirtinamas prie dielektrinės medžiagos. Dielektrinei medžiagai judant, kondensatoriaus efektyvioji dielektrinė konstanta kinta dėl dielektrinės medžiagos ploto ir oro dielektrinės konstantos derinio. Arba objektas gali būti prijungtas prie vienos iš kondensatoriaus plokščių. Objektui judant, plokštės juda arčiau arba toliau, o talpos pokytis naudojamas santykinei padėčiai nustatyti.
Talpiniai jutikliai gali matuoti objektų poslinkį, atstumą, padėtį ir storį. Dėl didelio signalo stabilumo ir skiriamosios gebos talpiniai poslinkio jutikliai naudojami laboratorijose ir pramonėje. Pavyzdžiui, talpiniai jutikliai naudojami plėvelės storiui ir klijų pritaikymui matuoti automatizuotuose procesuose. Pramoninėse mašinose jie naudojami poslinkiui ir įrankio padėčiai stebėti.
Magnetostrikcija yra feromagnetinių medžiagų savybė, dėl kurios medžiaga, veikiant magnetiniam laukui, keičia savo dydį arba formą. Magnetostrikciniame padėties jutiklyje prie matuojamo objekto pritvirtinamas judantis padėties magnetas. Jį sudaro bangolaidis, sudarytas iš laidų, kuriais teka srovės impulsai, prijungtų prie jutiklio, esančio bangolaidžio gale (3 pav.). Kai srovės impulsas siunčiamas bangolaidžiu žemyn, laide sukuriamas magnetinis laukas, kuris sąveikauja su nuolatinio magneto (magneto cilindro stūmoklyje, 3a pav.) ašiniu magnetiniu lauku. Lauko sąveiką sukelia sukimas (Wiedemanno efektas), kuris įtempia laidą, sukurdamas akustinį impulsą, kuris sklinda bangolaidžiu ir yra aptinkamas jutiklio bangolaidžio gale (3b pav.). Matuojant praėjusį laiką nuo srovės impulso pradžios iki akustinio impulso aptikimo, galima išmatuoti padėties magneto ir atitinkamai objekto santykinę padėtį (3c pav.).
Magnetostrikciniai padėties jutikliai yra bekontakčiai jutikliai, naudojami tiesinei padėčiai aptikti. Bangolaidžiai dažnai būna nerūdijančio plieno arba aliuminio vamzdeliuose, todėl šiuos jutiklius galima naudoti nešvarioje arba drėgnoje aplinkoje.
Kai plonas, plokščias laidininkas įdedamas į magnetinį lauką, bet kokia tekanti srovė linkusi kauptis vienoje laidininko pusėje, sukurdama potencialų skirtumą, vadinamą Holo įtampa. Jei srovė laidininke yra pastovi, Holo įtampos dydis atspindės magnetinio lauko stiprumą. Holo efekto padėties jutiklyje objektas yra prijungtas prie magneto, esančio jutiklio velene. Objektui judant, magneto padėtis keičiasi Holo elemento atžvilgiu, todėl kinta Holo įtampa. Matuojant Holo įtampą, galima nustatyti objekto padėtį. Yra specializuotų Holo efekto padėties jutiklių, kurie gali nustatyti padėtį trijose dimensijose (4 pav.). Holo efekto padėties jutikliai yra bekontakčiai įtaisai, kurie užtikrina didelį patikimumą ir greitą jutimą, ir veikia plačiame temperatūrų diapazone. Jie naudojami įvairiose vartotojų, pramonės, automobilių ir medicinos srityse.
Yra du pagrindiniai šviesolaidinių jutiklių tipai. Vidiniuose šviesolaidiniuose jutikliuose šviesolaidis naudojamas kaip jutimo elementas. Išoriniuose šviesolaidiniuose jutikliuose šviesolaidis derinamas su kita jutiklių technologija, kad signalas būtų perduodamas nuotolinei elektronikai apdorojimui. Vidinių šviesolaidinių jutiklių padėties matavimų atveju, laiko uždelsimui nustatyti gali būti naudojamas toks prietaisas kaip optinis laiko srities reflektometras. Bangos ilgio poslinkį galima apskaičiuoti naudojant prietaisą, kuriame įdiegtas optinis dažnio srities reflektometras. Šviesolaidiniai jutikliai yra atsparūs elektromagnetiniams trukdžiams, gali būti suprojektuoti veikti aukštoje temperatūroje ir yra nelaidūs, todėl juos galima naudoti šalia aukšto slėgio arba degių medžiagų.
Padėties matavimui taip pat gali būti naudojamas kitas šviesolaidinis jutiklis, pagrįstas šviesolaidžio Brago grotelių (FBG) technologija. FBG veikia kaip įpjovos filtras, atspindintis nedidelę šviesos dalį, kurios centras yra Brago bangos ilgis (λB), kai apšviečiamas plataus spektro šviesa. Jis pagamintas iš mikrostruktūrų, išgraviruotų į šviesolaidžio šerdį. FBG gali būti naudojami įvairiems parametrams, tokiems kaip temperatūra, deformacija, slėgis, posvyris, poslinkis, pagreitis ir apkrova, matuoti.
Yra dviejų tipų optiniai padėties jutikliai, dar vadinami optiniais kodavimo įrenginiais. Vienu atveju šviesa siunčiama į imtuvą, esantį kitame jutiklio gale. Antruoju atveju skleidžiamas šviesos signalas atsispindi stebimo objekto ir grįžta į šviesos šaltinį. Priklausomai nuo jutiklio konstrukcijos, objekto padėčiai nustatyti naudojami šviesos savybių, tokių kaip bangos ilgis, intensyvumas, fazė arba poliarizacija, pokyčiai. Kodavimo įrenginiais pagrįsti optiniai padėties jutikliai skirti tiesiniam ir sukamajam judesiui. Šie jutikliai skirstomi į tris pagrindines kategorijas: praleidžiamuosius optinius kodavimo įrenginius, atspindinčius optinius kodavimo įrenginius ir interferometrinius optinius kodavimo įrenginius.
Ultragarsiniai padėties jutikliai naudoja pjezoelektrinius kristalinius keitiklius, kurie skleidžia aukšto dažnio ultragarsines bangas. Jutiklis matuoja atspindėtą garsą. Ultragarsiniai jutikliai gali būti naudojami kaip paprasti artumo jutikliai arba sudėtingesnės konstrukcijos gali teikti informaciją apie atstumą. Ultragarsiniai padėties jutikliai veikia su įvairių medžiagų ir paviršiaus savybių objektais ir gali aptikti mažus objektus didesniu atstumu nei daugelis kitų tipų padėties jutiklių. Jie yra atsparūs vibracijai, aplinkos triukšmui, infraraudonajai spinduliuotei ir elektromagnetiniams trukdžiams. Ultragarsinių padėties jutiklių taikymo pavyzdžiai: skysčio lygio aptikimas, greitas objektų skaičiavimas, robotinės navigacijos sistemos ir automobilių jutikliai. Tipiškas automobilių ultragarsinis jutiklis susideda iš plastikinio korpuso, pjezoelektrinio keitiklio su papildoma membrana ir spausdintinės plokštės su elektroninėmis grandinėmis ir mikrovaldikliais signalams perduoti, priimti ir apdoroti (5 pav.).
Padėties jutikliai gali matuoti absoliutų arba santykinį objektų tiesinį, sukamąjį ir kampinį judėjimą. Padėties jutikliai gali matuoti tokių įrenginių kaip pavaros ar varikliai judėjimą. Jie taip pat naudojami mobiliose platformose, tokiose kaip robotai ir automobiliai. Padėties jutikliuose naudojamos įvairios technologijos, pasižyminčios įvairiais aplinkos patvarumo, kainos, tikslumo, pakartojamumo ir kitų atributų deriniais.
3D magnetiniai padėties jutikliai, „Allegro Microsystems“; Ultragarsinių jutiklių, skirtų autonominėms transporto priemonėms, analizė ir saugumo gerinimas, IEEE daiktų interneto žurnalas; Kaip pasirinkti padėties jutiklį, „Cambridge“ integriniai grandynai; Padėties jutiklių tipai, „Ixthus Instrumentation“; Kas yra indukcinis padėties jutiklis?, „Keyence“; Kas yra magnetostrikcinis padėties jutimas?, „AMETEK“
Naršykite naujausius ir ankstesnius „Design World“ numerius lengvai naudojamu, aukštos kokybės formatu. Redaguokite, bendrinkite ir atsisiųskite jau šiandien pirmaujančiame projektavimo inžinerijos žurnale.
Pasaulyje pirmaujantis EE problemų sprendimo forumas, apimantis mikrovaldiklius, DSP, tinklus, analoginį ir skaitmeninį dizainą, radijo dažnius, galios elektroniką, spausdintinių plokščių maršrutizavimą ir kt.
Autorių teisės © 2022 WTWH Media LLC. Visos teisės saugomos. Šioje svetainėje esančios medžiagos negalima atgaminti, platinti, perduoti, kaupti talpykloje ar kitaip naudoti be išankstinio raštiško WTWH Media sutikimo. Privatumo politika | Reklama | Apie mus