Daripada rantai pemacu robotik kepada tali sawat dalam operasi rantaian bekalan kepada goyangan menara turbin angin, pengesanan kedudukan merupakan fungsi kritikal dalam pelbagai aplikasi. Ia boleh mengambil pelbagai bentuk, termasuk sensor linear, berputar, sudut, mutlak, tambahan, sentuh dan bukan sentuh. Sensor khusus telah dibangunkan yang boleh menentukan kedudukan dalam tiga dimensi. Teknologi pengesanan kedudukan termasuk potensiometrik, induktif, arus pusar, kapasitif, magnetostriktif, kesan Hall, gentian optik, optik dan ultrasonik.
Soalan Lazim ini memberikan pengenalan ringkas kepada pelbagai bentuk pengesanan kedudukan, kemudian mengulas pelbagai teknologi yang boleh dipilih oleh pereka bentuk semasa melaksanakan penyelesaian pengesanan kedudukan.
Sensor kedudukan potensiometrik ialah peranti berasaskan rintangan yang menggabungkan trek rintangan tetap dengan pengelap yang dipasang pada objek yang kedudukannya perlu dikesan. Pergerakan objek menggerakkan pengelap di sepanjang trek. Kedudukan objek diukur dengan menggunakan rangkaian pembahagi voltan yang dibentuk oleh rel dan pengelap untuk mengukur gerakan linear atau putaran dengan voltan DC tetap (Rajah 1). Sensor potensiometrik berkos rendah, tetapi secara amnya mempunyai ketepatan dan kebolehulangan yang rendah.
Sensor kedudukan induktif menggunakan perubahan dalam sifat medan magnet yang diaruh dalam gegelung sensor. Bergantung pada seni bina mereka, ia boleh mengukur kedudukan linear atau putaran. Sensor kedudukan Transformer Pembezaan Pembolehubah Linear (LVDT) menggunakan tiga gegelung yang dibalut di sekeliling tiub berongga; gegelung primer dan dua gegelung sekunder. Gegelung disambungkan secara siri, dan hubungan fasa gegelung sekunder adalah 180° di luar fasa berbanding gegelung primer. Teras feromagnet yang dipanggil angker diletakkan di dalam tiub dan disambungkan ke objek di lokasi yang diukur. Voltan pengujaan dikenakan pada gegelung primer dan daya elektromagnet (EMF) diaruh dalam gegelung sekunder. Dengan mengukur perbezaan voltan antara gegelung sekunder, kedudukan relatif angker dan apa yang dipasangkannya boleh ditentukan. Transformer pembezaan voltan berputar (RVDT) menggunakan teknik yang sama untuk menjejaki kedudukan berputar. Sensor LVDT dan RVDT menawarkan ketepatan, kelinearan, resolusi dan kepekaan yang tinggi. Ia tanpa geseran dan boleh dimeteraikan untuk digunakan dalam persekitaran yang keras.
Sensor kedudukan arus pusar berfungsi dengan objek konduktif. Arus pusar ialah arus teraruh yang berlaku dalam bahan konduktif dengan kehadiran medan magnet yang berubah-ubah. Arus ini mengalir dalam gelung tertutup dan menghasilkan medan magnet sekunder. Sensor arus pusar terdiri daripada gegelung dan litar linearisasi. Arus ulang-alik memberi tenaga kepada gegelung untuk menghasilkan medan magnet primer. Apabila objek menghampiri atau bergerak menjauhi gegelung, kedudukannya boleh dikesan menggunakan interaksi medan sekunder yang dihasilkan oleh arus pusar, yang mempengaruhi impedans gegelung. Apabila objek semakin dekat dengan gegelung, kehilangan arus pusar meningkat dan voltan berayun menjadi lebih kecil (Rajah 2). Voltan berayun diperbetulkan dan diproses oleh litar linearizer untuk menghasilkan output DC linear yang berkadar dengan jarak objek.
Peranti arus eddy ialah peranti lasak dan bukan sentuh yang biasanya digunakan sebagai sensor jarak. Ia bersifat omnidirectional dan boleh menentukan jarak relatif ke objek, tetapi bukan arah atau jarak mutlak ke objek.
Seperti namanya, sensor kedudukan kapasitif mengukur perubahan kapasitans untuk menentukan kedudukan objek yang dikesan. Sensor bukan sentuh ini boleh digunakan untuk mengukur kedudukan linear atau putaran. Ia terdiri daripada dua plat yang dipisahkan oleh bahan dielektrik dan menggunakan salah satu daripada dua kaedah untuk mengesan kedudukan objek:
Untuk menyebabkan perubahan dalam pemalar dielektrik, objek yang kedudukannya hendak dikesan dilekatkan pada bahan dielektrik. Apabila bahan dielektrik bergerak, pemalar dielektrik berkesan kapasitor berubah disebabkan oleh gabungan luas bahan dielektrik dan pemalar dielektrik udara. Sebagai alternatif, objek boleh disambungkan kepada salah satu plat kapasitor. Apabila objek bergerak, plat bergerak lebih dekat atau lebih jauh, dan perubahan dalam kapasitans digunakan untuk menentukan kedudukan relatif.
Sensor kapasitif boleh mengukur anjakan, jarak, kedudukan dan ketebalan objek. Disebabkan kestabilan dan resolusi isyaratnya yang tinggi, sensor anjakan kapasitif digunakan dalam persekitaran makmal dan perindustrian. Contohnya, sensor kapasitif digunakan untuk mengukur ketebalan filem dan aplikasi pelekat dalam proses automatik. Dalam mesin perindustrian, ia digunakan untuk memantau anjakan dan kedudukan alat.
Magnetostriksi ialah sifat bahan feromagnet yang menyebabkan bahan berubah saiz atau bentuknya apabila medan magnet dikenakan. Dalam sensor kedudukan magnetostriktif, magnet kedudukan boleh alih dilekatkan pada objek yang sedang diukur. Ia terdiri daripada pandu gelombang yang terdiri daripada wayar yang membawa denyutan arus, yang disambungkan kepada sensor yang terletak di hujung pandu gelombang (Rajah 3). Apabila denyutan arus dihantar ke pandu gelombang, medan magnet terhasil dalam wayar yang berinteraksi dengan medan magnet paksi magnet kekal (magnet dalam omboh silinder, Rajah 3a). Interaksi medan disebabkan oleh putaran (kesan Wiedemann), yang menegangkan wayar, menghasilkan denyutan akustik yang merambat di sepanjang pandu gelombang dan dikesan oleh sensor di hujung pandu gelombang (Rajah 3b). Dengan mengukur masa berlalu antara permulaan denyutan arus dan pengesanan denyutan akustik, kedudukan relatif magnet kedudukan dan oleh itu objek boleh diukur (Rajah 3c).
Sensor kedudukan magnetostriktif ialah sensor tanpa sentuhan yang digunakan untuk mengesan kedudukan linear. Pandu gelombang sering ditempatkan dalam tiub keluli tahan karat atau aluminium, membolehkan sensor ini digunakan dalam persekitaran yang kotor atau basah.
Apabila konduktor nipis dan rata diletakkan di dalam medan magnet, sebarang arus yang mengalir cenderung terkumpul di satu sisi konduktor, menghasilkan beza keupayaan yang dipanggil voltan Hall. Jika arus dalam konduktor adalah malar, magnitud voltan Hall akan mencerminkan kekuatan medan magnet. Dalam sensor kedudukan kesan Hall, objek disambungkan kepada magnet yang ditempatkan di dalam aci sensor. Apabila objek bergerak, kedudukan magnet berubah relatif kepada elemen Hall, mengakibatkan voltan Hall yang berubah. Dengan mengukur voltan Hall, kedudukan objek boleh ditentukan. Terdapat sensor kedudukan kesan Hall khusus yang boleh menentukan kedudukan dalam tiga dimensi (Rajah 4). Sensor kedudukan kesan Hall ialah peranti bukan sentuh yang memberikan kebolehpercayaan yang tinggi dan penderiaan pantas, serta beroperasi pada julat suhu yang luas. Ia digunakan dalam pelbagai aplikasi pengguna, perindustrian, automotif dan perubatan.
Terdapat dua jenis asas sensor gentian optik. Dalam sensor gentian optik intrinsik, gentian digunakan sebagai elemen penderia. Dalam sensor gentian optik luaran, gentian optik digabungkan dengan teknologi sensor lain untuk menyampaikan isyarat kepada elektronik jauh untuk diproses. Dalam kes pengukuran kedudukan gentian intrinsik, peranti seperti reflektometer domain masa optik boleh digunakan untuk menentukan kelewatan masa. Anjakan panjang gelombang boleh dikira menggunakan instrumen yang melaksanakan reflektometer domain frekuensi optik. Sensor gentian optik kebal terhadap gangguan elektromagnet, boleh direka bentuk untuk beroperasi pada suhu tinggi dan tidak konduktif, jadi ia boleh digunakan berhampiran tekanan tinggi atau bahan mudah terbakar.
Satu lagi penderiaan gentian optik berdasarkan teknologi kekisi gentian Bragg (FBG) juga boleh digunakan untuk pengukuran kedudukan. FBG bertindak sebagai penapis takuk, memantulkan sebahagian kecil cahaya yang berpusat pada panjang gelombang Bragg (λB) apabila diterangi oleh cahaya spektrum luas. Ia dibuat dengan mikrostruktur yang terukir pada teras gentian. FBG boleh digunakan untuk mengukur pelbagai parameter seperti suhu, terikan, tekanan, kecondongan, anjakan, pecutan dan beban.
Terdapat dua jenis sensor kedudukan optik, juga dikenali sebagai pengekod optik. Dalam satu kes, cahaya dihantar ke penerima di hujung sensor yang satu lagi. Dalam jenis kedua, isyarat cahaya yang dipancarkan dipantulkan oleh objek yang dipantau dan dikembalikan kepada sumber cahaya. Bergantung pada reka bentuk sensor, perubahan dalam sifat cahaya, seperti panjang gelombang, keamatan, fasa atau polarisasi, digunakan untuk menentukan kedudukan objek. Sensor kedudukan optik berasaskan pengekod tersedia untuk gerakan linear dan berputar. Sensor ini terbahagi kepada tiga kategori utama; pengekod optik transmisif, pengekod optik reflektif dan pengekod optik interferometrik.
Sensor kedudukan ultrasonik menggunakan transduser kristal piezoelektrik untuk memancarkan gelombang ultrasonik frekuensi tinggi. Sensor ini mengukur bunyi yang dipantulkan. Sensor ultrasonik boleh digunakan sebagai sensor jarak yang mudah, atau reka bentuk yang lebih kompleks boleh memberikan maklumat julat. Sensor kedudukan ultrasonik berfungsi dengan objek sasaran daripada pelbagai bahan dan ciri permukaan, dan boleh mengesan objek kecil pada jarak yang lebih jauh daripada banyak jenis sensor kedudukan lain. Ia tahan terhadap getaran, bunyi ambien, sinaran inframerah dan gangguan elektromagnet. Contoh aplikasi menggunakan sensor kedudukan ultrasonik termasuk pengesanan aras cecair, pengiraan objek berkelajuan tinggi, sistem navigasi robotik dan penderiaan automotif. Sensor ultrasonik automotif biasa terdiri daripada perumah plastik, transduser piezoelektrik dengan membran tambahan dan papan litar bercetak dengan litar elektronik dan mikropengawal untuk menghantar, menerima dan memproses isyarat (Rajah 5).
Sensor kedudukan boleh mengukur gerakan linear, putaran dan sudut mutlak atau relatif objek. Sensor kedudukan boleh mengukur pergerakan peranti seperti penggerak atau motor. Ia juga digunakan dalam platform mudah alih seperti robot dan kereta. Pelbagai teknologi digunakan dalam sensor kedudukan dengan pelbagai kombinasi ketahanan alam sekitar, kos, ketepatan, kebolehulangan dan atribut lain.
Sensor Kedudukan Magnetik 3D, Allegro MicrosystemsMenganalisis dan Meningkatkan Keselamatan Sensor Ultrasonik untuk Kenderaan Autonomi, Jurnal Internet of Things IEEE Cara memilih sensor kedudukan, Litar Bersepadu CambridgeJenis sensor kedudukan, Instrumentasi IxthusApakah sensor kedudukan induktif?, Keyence Apakah Pengesanan Kedudukan Magnetostriktif?, AMETEK
Layari isu terkini Design World dan isu lama dalam format yang mudah digunakan dan berkualiti tinggi. Edit, kongsi dan muat turun hari ini dengan majalah kejuruteraan reka bentuk terkemuka.
Forum EE penyelesaian masalah terbaik dunia yang merangkumi mikropengawal, DSP, rangkaian, reka bentuk analog dan digital, RF, elektronik kuasa, penghalaan PCB dan banyak lagi
Hak Cipta © 2022 WTWH Media LLC. Semua hak terpelihara. Bahan di laman web ini tidak boleh diterbitkan semula, diedarkan, dihantar, disimpan dalam cache atau digunakan tanpa kebenaran bertulis terlebih dahulu daripada WTWH Media. Dasar Privasi | Pengiklanan | Perihal Kami