Nga zinxhirët robotikë të transmisionit te shiritat transportues në operacionet e zinxhirit të furnizimit e deri te lëkundja e kullave të turbinave me erë, ndjesia e pozicionit është një funksion kritik në një gamë të gjerë aplikimesh. Mund të marrë shumë forma, duke përfshirë sensorë linearë, rrotullues, këndorë, absolutë, inkrementalë, me kontakt dhe pa kontakt. Janë zhvilluar sensorë të specializuar që mund të përcaktojnë pozicionin në tre dimensione. Teknologjitë e ndjeshmërisë së pozicionit përfshijnë potenciometrikë, induktivë, me rrymë vorbull, kapacitivë, magnetostriktivë, efektin Hall, fibrat optike, optikën dhe ultrasonikën.
Këto pyetje të shpeshta ofrojnë një hyrje të shkurtër mbi format e ndryshme të ndjeshmërisë së pozicionit, më pas shqyrtojnë një gamë teknologjish që projektuesit mund të zgjedhin kur zbatojnë një zgjidhje për ndjeshmërinë e pozicionit.
Sensorët e pozicionit potenciometrik janë pajisje të bazuara në rezistencë që kombinojnë një binar të fiksuar rezistues me një fshirëse të bashkangjitur në objekt, pozicioni i të cilit duhet të ndihet. Lëvizja e objektit i lëviz fshirëset përgjatë binarit. Pozicioni i objektit matet duke përdorur një rrjet ndarës tensioni të formuar nga shina dhe fshirëse për të matur lëvizjen lineare ose rrotulluese me një tension DC të fiksuar (Figura 1). Sensorët potenciometrikë kanë kosto të ulët, por në përgjithësi kanë saktësi dhe përsëritshmëri të ulët.
Sensorët e pozicionit induktiv përdorin ndryshimet në vetitë e fushës magnetike të induktuar në bobinën e sensorit. Në varësi të arkitekturës së tyre, ata mund të matin pozicionin linear ose rrotullues. Sensorët e pozicionit të Transformatorit Diferencial Linear Variabël (LVDT) përdorin tre bobina të mbështjella rreth një tubi të zbrazët; një bobinë primare dhe dy bobina sekondare. Bobinat janë të lidhura në seri, dhe marrëdhënia fazore e bobinës sekondare është 180° jashtë fazës në lidhje me bobinën primare. Një bërthamë ferromagnetike e quajtur armaturë vendoset brenda tubit dhe lidhet me objektin në vendin që matet. Një tension ngacmimi aplikohet në bobinën primare dhe një forcë elektromagnetike (EMF) induktohet në bobinën sekondare. Duke matur ndryshimin e tensionit midis bobinave sekondare, mund të përcaktohet pozicioni relativ i armaturës dhe ajo me të cilën është e lidhur. Një transformator diferencial tensioni rrotullues (RVDT) përdor të njëjtën teknikë për të ndjekur pozicionin rrotullues. Sensorët LVDT dhe RVDT ofrojnë saktësi, linearitet, rezolucion dhe ndjeshmëri të lartë të mirë. Ato janë pa fërkime dhe mund të vulosen për përdorim në mjedise të ashpra.
Sensorët e pozicionit të rrymës vorbull punojnë me objekte përçuese. Rrymat vorbull janë rryma të induktuara që ndodhin në materiale përçuese në prani të një fushe magnetike në ndryshim. Këto rryma rrjedhin në një lak të mbyllur dhe gjenerojnë një fushë magnetike sekondare. Sensorët e rrymës vorbull përbëhen nga spirale dhe qarqe linearizimi. Rryma alternative e energjizon spiralen për të krijuar fushën magnetike primare. Kur një objekt i afrohet ose largohet spirales, pozicioni i tij mund të ndihet duke përdorur bashkëveprimin e fushës sekondare të prodhuar nga rrymat vorbull, e cila ndikon në impedancën e spirales. Ndërsa objekti i afrohet spirales, humbjet e rrymës vorbull rriten dhe tensioni oscilues bëhet më i vogël (Figura 2). Tensioni oscilues korrigjohet dhe përpunohet nga një qark linearizues për të prodhuar një dalje lineare DC proporcionale me distancën e objektit.
Pajisjet e rrymave Eddy janë pajisje të forta, pa kontakt, që përdoren zakonisht si sensorë afërsie. Ato janë omnidireksionale dhe mund të përcaktojnë distancën relative nga objekti, por jo drejtimin ose distancën absolute nga objekti.
Siç sugjeron edhe emri, sensorët kapacitivë të pozicionit matin ndryshimet në kapacitet për të përcaktuar pozicionin e objektit që ndiqet. Këta sensorë pa kontakt mund të përdoren për të matur pozicionin linear ose rrotullues. Ato përbëhen nga dy pllaka të ndara nga një material dielektrik dhe përdorin njërën nga dy metodat për të zbuluar pozicionin e një objekti:
Për të shkaktuar një ndryshim në konstanten dielektrike, objekti pozicioni i të cilit duhet të zbulohet është i lidhur me materialin dielektrik. Ndërsa materiali dielektrik lëviz, konstanta dielektrike efektive e kondensatorit ndryshon për shkak të kombinimit të sipërfaqes së materialit dielektrik dhe konstantes dielektrike të ajrit. Si alternativë, objekti mund të lidhet me njërën nga pllakat e kondensatorit. Ndërsa objekti lëviz, pllakat lëvizin më afër ose më larg, dhe ndryshimi në kapacitet përdoret për të përcaktuar pozicionin relativ.
Sensorët kapacitivë mund të matin zhvendosjen, distancën, pozicionin dhe trashësinë e objekteve. Për shkak të stabilitetit dhe rezolucionit të lartë të sinjalit, sensorët kapacitivë të zhvendosjes përdoren në mjedise laboratorike dhe industriale. Për shembull, sensorët kapacitivë përdoren për të matur trashësinë e filmit dhe aplikimet e ngjitësit në procese të automatizuara. Në makinat industriale, ato përdoren për të monitoruar zhvendosjen dhe pozicionin e mjetit.
Magnetostriksioni është një veti e materialeve ferromagnetike që bën që materiali të ndryshojë madhësinë ose formën e tij kur aplikohet një fushë magnetike. Në një sensor pozicioni magnetostriktiv, një magnet pozicioni i lëvizshëm është i bashkangjitur në objektin që matet. Ai përbëhet nga një valëpërçues i përbërë nga tela që mbajnë impulse rryme, të lidhur me një sensor të vendosur në fund të valëpërçuesit (Figura 3). Kur një impuls rryme dërgohet poshtë valëpërçuesit, krijohet një fushë magnetike në tel që bashkëvepron me fushën magnetike aksiale të magnetit të përhershëm (magneti në pistonin e cilindrit, Figura 3a). Ndërveprimi i fushës shkaktohet nga përdredhja (efekti Wiedemann), i cili e tendos telin, duke prodhuar një impuls akustik që përhapet përgjatë valëpërçuesit dhe zbulohet nga një sensor në fund të valëpërçuesit (Fig. 3b). Duke matur kohën e kaluar midis fillimit të pulsit të rrymës dhe zbulimit të pulsit akustik, pozicioni relativ i magnetit të pozicionit dhe për rrjedhojë objekti mund të matet (Fig. 3c).
Sensorët magnetostriktivë të pozicionit janë sensorë pa kontakt që përdoren për të zbuluar pozicionin linear. Udhëzuesit e valëve shpesh vendosen në tuba çeliku inox ose alumini, duke bërë të mundur që këta sensorë të përdoren në mjedise të ndyra ose të lagështa.
Kur një përcjellës i hollë dhe i sheshtë vendoset në një fushë magnetike, çdo rrymë që rrjedh tenton të grumbullohet në njërën anë të përcjellësit, duke krijuar një ndryshim potenciali të quajtur tension Hall. Nëse rryma në përcjellës është konstante, madhësia e tensionit Hall do të pasqyrojë forcën e fushës magnetike. Në një sensor pozicioni me efekt Hall, objekti është i lidhur me një magnet të vendosur në boshtin e sensorit. Ndërsa objekti lëviz, pozicioni i magnetit ndryshon në lidhje me elementin Hall, duke rezultuar në një tension Hall në ndryshim. Duke matur tensionin Hall, mund të përcaktohet pozicioni i një objekti. Ekzistojnë sensorë të specializuar të pozicionit me efekt Hall që mund të përcaktojnë pozicionin në tre dimensione (Figura 4). Sensorët e pozicionit me efekt Hall janë pajisje pa kontakt që ofrojnë besueshmëri të lartë dhe ndjeshmëri të shpejtë, dhe funksionojnë në një gamë të gjerë temperaturash. Ato përdoren në një gamë aplikimesh për konsumatorët, industrinë, automobilistikën dhe mjekësinë.
Ekzistojnë dy lloje themelore të sensorëve me fibra optike. Në sensorët intrinsikë me fibra optike, fibra përdoret si element ndjesor. Në sensorët e jashtëm me fibra optike, fibrat optike kombinohen me një teknologji tjetër sensorësh për të transmetuar sinjalin në elektronikën e largët për përpunim. Në rastin e matjeve të pozicionit intrinsikë të fibrave, një pajisje si një reflektometër optik i domenit kohor mund të përdoret për të përcaktuar vonesën kohore. Zhvendosja e gjatësisë së valës mund të llogaritet duke përdorur një instrument që zbaton një reflektometër optik të domenit të frekuencës. Sensorët me fibra optike janë imunë ndaj ndërhyrjeve elektromagnetike, mund të projektohen për të vepruar në temperatura të larta dhe nuk janë përçues, kështu që mund të përdoren pranë materialeve me presion të lartë ose materialeve të ndezshme.
Një tjetër sensor me fibra optike i bazuar në teknologjinë e rrjetës Bragg me fibra (FBG) mund të përdoret gjithashtu për matjen e pozicionit. FBG vepron si një filtër prerjeje, duke reflektuar një pjesë të vogël të dritës së përqendruar në gjatësinë e valës Bragg (λB) kur ndriçohet nga drita me spektër të gjerë. Është prodhuar me mikrostruktura të gdhendura në bërthamën e fibrës. FBG-të mund të përdoren për të matur parametra të ndryshëm si temperatura, tendosja, presioni, pjerrësia, zhvendosja, nxitimi dhe ngarkesa.
Ekzistojnë dy lloje sensorësh të pozicionit optik, të njohur edhe si enkoderë optikë. Në një rast, drita dërgohet te një marrës në anën tjetër të sensorit. Në llojin e dytë, sinjali i dritës së emetuar reflektohet nga objekti i monitoruar dhe kthehet te burimi i dritës. Në varësi të dizajnit të sensorit, ndryshimet në vetitë e dritës, të tilla si gjatësia e valës, intensiteti, faza ose polarizimi, përdoren për të përcaktuar pozicionin e një objekti. Sensorët e pozicionit optik të bazuar në enkoder janë të disponueshëm për lëvizje lineare dhe rrotulluese. Këta sensorë ndahen në tre kategori kryesore; enkoderë optikë transmetues, enkoderë optikë reflektues dhe enkoderë optikë interferometrikë.
Sensorët tejzanorë të pozicionit përdorin transduktorë kristali piezoelektrik për të emetuar valë tejzanore me frekuencë të lartë. Sensori mat tingullin e reflektuar. Sensorët tejzanorë mund të përdoren si sensorë të thjeshtë afërsie, ose dizajne më komplekse mund të ofrojnë informacion në distancë. Sensorët tejzanorë të pozicionit punojnë me objekte të synuara të një sërë materialesh dhe karakteristikash sipërfaqësore, dhe mund të zbulojnë objekte të vogla në distanca më të mëdha se shumë lloje të tjera të sensorëve të pozicionit. Ata janë rezistentë ndaj dridhjeve, zhurmës së ambientit, rrezatimit infra të kuq dhe ndërhyrjeve elektromagnetike. Shembuj të aplikimeve që përdorin sensorë tejzanorë të pozicionit përfshijnë zbulimin e nivelit të lëngjeve, numërimin me shpejtësi të lartë të objekteve, sistemet robotike të navigimit dhe ndjesinë automobilistike. Një sensor tipik tejzanor automobilistik përbëhet nga një strehim plastik, një transduktor piezoelektrik me një membranë shtesë dhe një qark të shtypur me qarqe elektronike dhe mikrokontrollues për transmetimin, marrjen dhe përpunimin e sinjaleve (Figura 5).
Sensorët e pozicionit mund të matin lëvizjen absolute ose relative lineare, rrotulluese dhe këndore të objekteve. Sensorët e pozicionit mund të matin lëvizjen e pajisjeve të tilla si aktuatorët ose motorët. Ato përdoren gjithashtu në platforma mobile si robotët dhe makinat. Një sërë teknologjish përdoren në sensorët e pozicionit me kombinime të ndryshme të qëndrueshmërisë mjedisore, kostos, saktësisë, përsëritshmërisë dhe atributeve të tjera.
Sensorë Pozicioni Magnetik 3D, Allegro MicrosystemsAnalizimi dhe Përmirësimi i Sigurisë së Sensorëve Ultrasonikë për Automjetet Autonome, Revista IEEE Internet of Things Si të zgjidhni një sensor pozicioni, Cambridge Integrated CircuitsLlojet e sensorëve të pozicionit, Ixthus InstrumentationÇfarë është një sensor pozicioni induktiv?, Keyence Çfarë është Ndjesia Magnetostriktive e Pozicionit?, AMETEK
Shfletoni numrat më të fundit të Design World dhe numrat e mëparshëm në një format të lehtë për t’u përdorur dhe me cilësi të lartë. Redaktoni, ndani dhe shkarkoni sot me revistën kryesore të inxhinierisë së dizajnit.
Forumi më i mirë në botë për zgjidhjen e problemeve EE që mbulon mikrokontrolluesit, DSP, rrjetëzimin, dizajnin analog dhe dixhital, RF, elektronikën e fuqisë, drejtimin e PCB-ve dhe më shumë.
Të drejtat e autorit © 2022 WTWH Media LLC. Të gjitha të drejtat e rezervuara. Materiali në këtë faqe nuk mund të riprodhohet, shpërndahet, transmetohet, ruhet në memorje ose përdoret ndryshe pa lejen paraprake me shkrim të WTWH Media. Politika e Privatësisë | Reklamim | Rreth Nesh