Од роботски погонски ланци до транспортни ленти во операциите на синџирот на снабдување, па сè до нишањето на кулите на ветерните турбини, сензорирањето на позицијата е критична функција во широк спектар на апликации. Може да има многу форми, вклучувајќи линеарни, ротациони, аголни, апсолутни, инкрементални, контактни и бесконтактни сензори. Развиени се специјализирани сензори кои можат да ја одредат позицијата во три димензии. Технологиите за сензорирање на позиција вклучуваат потенциометриски, индуктивни, вртложни струи, капацитивни, магнетостриктивни, Холов ефект, оптички влакна, оптички и ултразвучни.
Ова ЧПП дава краток вовед во различните форми на детекција на позиција, а потоа разгледува низа технологии што дизајнерите можат да ги изберат при имплементација на решение за детекција на позиција.
Потенциометриските сензори за позиција се уреди базирани на отпор кои комбинираат фиксна отпорна лента со бришач прикачен на објектот чија позиција треба да се детектира. Движењето на објектот ги движи бришачите по лентата. Позицијата на објектот се мери со користење на мрежа за делење на напон формирана од шини и бришачи за мерење на линеарно или ротационо движење со фиксен еднонасочен напон (Слика 1). Потенциометриските сензори се ефтини, но генерално имаат ниска точност и повторување.
Индуктивните сензори за позиција ги користат промените во својствата на магнетното поле индуцирано во сензорската намотка. Во зависност од нивната архитектура, тие можат да мерат линеарна или ротациона положба. Сензорите за позиција со линеарен променлив диференцијален трансформатор (LVDT) користат три намотки обвиткани околу шуплива цевка; примарна намотка и две секундарни намотки. Намотките се поврзани сериски, а фазната врска на секундарната намотка е 180° надвор од фазата во однос на примарната намотка. Феромагнетно јадро наречено арматура е поставено во внатрешноста на цевката и е поврзано со објектот на локацијата што се мери. На примарната намотка се применува напон на побудување и во секундарната намотка се индуцира електромагнетна сила (EMF). Со мерење на разликата во напонот помеѓу секундарните намотки, може да се одреди релативната положба на арматурата и она на што е прикачена. Ротирачки диференцијален напонски трансформатор (RVDT) ја користи истата техника за следење на ротирачката положба. LVDT и RVDT сензорите нудат добра точност, линеарност, резолуција и висока чувствителност. Тие се без триење и можат да се запечатат за употреба во сурови средини.
Сензорите за позиција на вртложни струи работат со спроводливи објекти. Вртложните струи се индуцирани струи што се јавуваат во спроводливи материјали во присуство на променливо магнетно поле. Овие струи течат во затворена јамка и генерираат секундарно магнетно поле. Сензорите за вртложни струи се состојат од намотки и линеарни кола. Наизменичната струја ја напојува намотката за да создаде примарно магнетно поле. Кога некој објект се приближува или се оддалечува од намотката, неговата позиција може да се детектира со помош на интеракцијата на секундарното поле произведено од вртложните струи, што влијае на импедансата на намотката. Како што објектот се приближува до намотката, загубите од вртложни струи се зголемуваат, а осцилирачкиот напон станува помал (Слика 2). Осцилирачкиот напон се коригира и се обработува со коло за линеаризација за да се произведе линеарен еднонасочен излез пропорционален на растојанието на објектот.
Уредите за вртложни струи се робусни, бесконтактни уреди кои обично се користат како сензори за близина. Тие се сеопфатни и можат да го одредат релативното растојание до објектот, но не и насоката или апсолутното растојание до објектот.
Како што сугерира името, капацитивните сензори за позиција ги мерат промените во капацитетот за да ја одредат положбата на објектот што се детектира. Овие бесконтактни сензори можат да се користат за мерење на линеарна или ротациона положба. Тие се состојат од две плочи одделени со диелектричен материјал и користат еден од двата методи за откривање на положбата на објектот:
За да се предизвика промена на диелектричната константа, објектот чијашто позиција треба да се детектира е прикачен на диелектричниот материјал. Како што диелектричниот материјал се движи, ефективната диелектрична константа на кондензаторот се менува поради комбинацијата од површината на диелектричниот материјал и диелектричната константа на воздухот. Алтернативно, објектот може да се поврзе со една од кондензаторските плочи. Како што објектот се движи, плочите се приближуваат или се подалеку, а промената на капацитетот се користи за да се одреди релативната положба.
Капацитивните сензори можат да мерат поместување, растојание, положба и дебелина на предмети. Поради нивната висока стабилност на сигналот и резолуција, капацитивните сензори за поместување се користат во лабораториски и индустриски средини. На пример, капацитивните сензори се користат за мерење на дебелината на филмот и апликациите на лепило во автоматизирани процеси. Во индустриските машини, тие се користат за следење на поместувањето и положбата на алатот.
Магнетострикцијата е својство на феромагнетните материјали што предизвикува материјалот да ја менува својата големина или облик кога се применува магнетно поле. Кај магнетостриктивниот сензор за позиција, подвижен магнет за позиција е прикачен на објектот што се мери. Тој се состои од брановоден систем кој се состои од жици што носат струјни импулси, поврзани со сензор лоциран на крајот од брановодот (Слика 3). Кога струен импулс се испраќа низ брановодот, во жицата се создава магнетно поле кое комуницира со аксијалното магнетно поле на перманентниот магнет (магнетот во цилиндричниот клип, Слика 3а). Интеракцијата на полето е предизвикана од извиткување (Видеманов ефект), кое ја напрега жицата, создавајќи акустичен импулс кој се шири по брановодот и се детектира од сензор на крајот од брановодот (Слика 3б). Со мерење на изминатото време помеѓу иницијацијата на струјниот импулс и детекцијата на акустичниот импулс, може да се измери релативната позиција на магнетот за позиција, а со тоа и објектот (Слика 3в).
Магнетостриктивните сензори за позиција се бесконтактни сензори што се користат за откривање на линеарна позиција. Брановодите често се сместени во цевки од не'рѓосувачки челик или алуминиум, што овозможува овие сензори да се користат во валкани или влажни средини.
Кога тенок, рамен спроводник е поставен во магнетно поле, секоја струја што тече има тенденција да се акумулира на едната страна од спроводникот, создавајќи потенцијална разлика наречена Холов напон. Ако струјата во спроводникот е константна, големината на Холовиот напон ќе ја одрази јачината на магнетното поле. Во сензор за позиција со Холов ефект, објектот е поврзан со магнет сместен во оската на сензорот. Како што објектот се движи, позицијата на магнетот се менува во однос на Холовиот елемент, што резултира со промена на Холовиот напон. Со мерење на Холовиот напон, може да се одреди позицијата на објектот. Постојат специјализирани сензори за позиција со Холов ефект кои можат да ја одредат позицијата во три димензии (Слика 4). Сензорите за позиција со Холов ефект се бесконтактни уреди кои обезбедуваат висока сигурност и брзо мерење и работат во широк температурен опсег. Тие се користат во низа потрошувачки, индустриски, автомобилски и медицински апликации.
Постојат два основни типа на сензори со оптички влакна. Кај вродените сензори со оптички влакна, влакното се користи како сензорски елемент. Кај надворешните сензори со оптички влакна, оптичките влакна се комбинираат со друга сензорска технологија за да го пренесат сигналот до далечинската електроника за обработка. Во случај на мерења на вродената позиција на влакната, може да се користи уред како што е оптички рефлектометар во временски домен за да се одреди временското доцнење. Поместувањето на брановата должина може да се пресмета со помош на инструмент што имплементира рефлектометар во оптички фреквентен домен. Сензорите со оптички влакна се имуни на електромагнетни пречки, можат да бидат дизајнирани да работат на високи температури и се непроводливи, па затоа можат да се користат во близина на материјали под висок притисок или запаливи материјали.
Друго оптичко мерење базирано на технологијата на Брагова решетка (FBG) со влакна може да се користи и за мерење на положбата. FBG делува како филтер со засеци, рефлектирајќи мал дел од светлината центрирана на Браговата бранова должина (λB) кога е осветлена со светлина со широк спектар. Изработена е со микроструктури врежани во јадрото на влакното. FBG може да се користат за мерење на различни параметри како што се температура, напрегање, притисок, наклон, поместување, забрзување и оптоварување.
Постојат два вида оптички сензори за позиција, познати и како оптички енкодери. Во едниот случај, светлината се испраќа до приемник на другиот крај од сензорот. Во вториот тип, емитираниот светлосен сигнал се рефлектира од следениот објект и се враќа на изворот на светлина. Во зависност од дизајнот на сензорот, промените во својствата на светлината, како што се брановата должина, интензитетот, фазата или поларизацијата, се користат за да се одреди позицијата на објектот. Оптички сензори за позиција базирани на енкодер се достапни за линеарно и ротационо движење. Овие сензори спаѓаат во три главни категории; трансмисивни оптички енкодери, рефлективни оптички енкодери и интерферометриски оптички енкодери.
Ултразвучните позициони сензори користат пиезоелектрични кристални преобразувачи за да емитуваат високофреквентни ултразвучни бранови. Сензорот го мери рефлектираниот звук. Ултразвучните сензори можат да се користат како едноставни сензори за близина, или посложените дизајни можат да обезбедат информации за опсег. Ултразвучните позициони сензори работат со целни објекти од различни материјали и површински карактеристики и можат да детектираат мали објекти на поголеми растојанија од многу други видови сензори за позиција. Тие се отпорни на вибрации, амбиентален шум, инфрацрвено зрачење и електромагнетни пречки. Примери за апликации што користат ултразвучни позициони сензори вклучуваат детекција на ниво на течност, брзо броење на објекти, роботски навигациски системи и автомобилско мерење. Типичен автомобилски ултразвучен сензор се состои од пластично куќиште, пиезоелектричен преобразувач со дополнителна мембрана и печатена плочка со електронски кола и микроконтролери за пренесување, примање и обработка на сигнали (Слика 5).
Сензорите за позиција можат да мерат апсолутно или релативно линеарно, ротационо и аголно движење на објекти. Сензорите за позиција можат да го мерат движењето на уреди како што се актуатори или мотори. Тие се користат и во мобилни платформи како што се роботи и автомобили. Кај сензорите за позиција се користат различни технологии со различни комбинации на еколошка издржливост, цена, точност, повторување и други атрибути.
3D магнетни сензори за позиција, Allegro Microsystems, Анализа и подобрување на безбедноста на ултразвучните сензори за автономни возила, IEEE Internet of Things Journal, Како да изберете сензор за позиција, Cambridge Integrated Circuits, Типови сензори за позиција, Ixthus Instrumentation, Што е индуктивен сензор за позиција?, Keyence, Што е магнетостриктивно мерење на позиција?, AMETEK
Прелистајте ги најновите изданија на Design World и претходните изданија во лесен за користење, висококвалитетен формат. Уредувајте, споделувајте и преземајте денес со водечкото списание за дизајн инженеринг.
Најдобар светски форум за електронска енергија за решавање проблеми што опфаќа микроконтролери, DSP, мрежи, аналоген и дигитален дизајн, RF, енергетска електроника, рутирање на печатени плочки и друго.
Авторски права © 2022 WTWH Media LLC. Сите права се задржани. Материјалот на оваа страница не смее да се репродуцира, дистрибуира, пренесува, кешира или на друг начин да се користи без претходна писмена дозвола од WTWH Media. Политика за приватност | Рекламирање | За нас