Mula sa mga robotic drive chain hanggang sa mga conveyor belt sa mga operasyon ng supply chain hanggang sa pag-ugoy ng mga wind turbine tower, ang position sensing ay isang kritikal na tungkulin sa malawak na hanay ng mga aplikasyon. Maaari itong magkaroon ng maraming anyo, kabilang ang linear, rotary, angular, absolute, incremental, contact at non-contact sensors. May mga espesyalisadong sensor na nabuo na maaaring matukoy ang posisyon sa tatlong dimensyon. Kabilang sa mga teknolohiya ng position sensing ang potentiometric, inductive, eddy current, capacitive, magnetostrictive, Hall effect, fiber optic, optical at ultrasonic.
Ang FAQ na ito ay nagbibigay ng maikling panimula sa iba't ibang anyo ng position sensing, pagkatapos ay sinusuri ang iba't ibang teknolohiyang maaaring pagpilian ng mga taga-disenyo kapag nagpapatupad ng solusyon sa position sensing.
Ang mga potentiometric position sensor ay mga aparatong nakabatay sa resistance na pinagsasama ang isang nakapirming resistive track na may wiper na nakakabit sa bagay na ang posisyon ay kailangang madama. Ang paggalaw ng bagay ay nagpapagalaw sa wiper sa track. Ang posisyon ng bagay ay sinusukat gamit ang isang voltage divider network na nabuo ng mga riles at wiper upang sukatin ang linear o rotational motion na may nakapirming DC voltage (Figure 1). Ang mga potentiometric sensor ay mura, ngunit sa pangkalahatan ay may mababang katumpakan at repeatability.
Ang mga inductive position sensor ay gumagamit ng mga pagbabago sa mga katangian ng magnetic field na na-induce sa sensor coil. Depende sa kanilang arkitektura, maaari nilang sukatin ang mga linear o rotational na posisyon. Ang mga Linear Variable Differential Transformer (LVDT) position sensor ay gumagamit ng tatlong coil na nakapalibot sa isang guwang na tubo; isang primary coil at dalawang secondary coil. Ang mga coil ay konektado nang serye, at ang phase relationship ng secondary coil ay 180° out of phase kaugnay ng primary coil. Ang isang ferromagnetic core na tinatawag na armature ay inilalagay sa loob ng tubo at nakakonekta sa bagay sa lokasyon na sinusukat. Isang excitation voltage ang inilalapat sa primary coil at isang electromagnetic force (EMF) ang na-induce sa secondary coil. Sa pamamagitan ng pagsukat ng pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng mga secondary coil, matutukoy ang relatibong posisyon ng armature at kung saan ito nakakabit. Ang isang rotating voltage differential transformer (RVDT) ay gumagamit ng parehong pamamaraan upang subaybayan ang umiikot na posisyon. Ang mga LVDT at RVDT sensor ay nag-aalok ng mahusay na katumpakan, linearity, resolution at mataas na sensitivity. Ang mga ito ay frictionless at maaaring selyado para magamit sa malupit na kapaligiran.
Ang mga sensor ng posisyon ng eddy current ay gumagana sa mga konduktibong bagay. Ang mga eddy current ay mga induced current na nangyayari sa mga konduktibong materyales sa presensya ng nagbabagong magnetic field. Ang mga current na ito ay dumadaloy sa isang closed loop at bumubuo ng pangalawang magnetic field. Ang mga eddy current sensor ay binubuo ng mga coil at linearization circuit. Ang alternating current ay nagbibigay-lakas sa coil upang lumikha ng pangunahing magnetic field. Kapag ang isang bagay ay lumalapit o lumalayo sa coil, ang posisyon nito ay maaaring maramdaman gamit ang interaksyon ng pangalawang field na nalilikha ng mga eddy current, na nakakaapekto sa impedance ng coil. Habang papalapit ang bagay sa coil, tumataas ang mga eddy current losses at lumiliit ang oscillating voltage (Figure 2). Ang oscillating voltage ay itinutuwid at pinoproseso ng isang linearizer circuit upang makagawa ng linear DC output na proporsyonal sa distansya ng bagay.
Ang mga aparatong eddy current ay matibay at hindi nakakaugnay na mga aparato na karaniwang ginagamit bilang mga proximity sensor. Ang mga ito ay omnidirectional at maaaring matukoy ang relatibong distansya sa bagay, ngunit hindi ang direksyon o ganap na distansya sa bagay.
Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, sinusukat ng mga capacitive position sensor ang mga pagbabago sa capacitance upang matukoy ang posisyon ng bagay na nararamdaman. Ang mga non-contact sensor na ito ay maaaring gamitin upang sukatin ang linear o rotational na posisyon. Binubuo ang mga ito ng dalawang plate na pinaghihiwalay ng isang dielectric na materyal at gumagamit ng isa sa dalawang paraan upang matukoy ang posisyon ng isang bagay:
Upang magdulot ng pagbabago sa dielectric constant, ang bagay na ang posisyon ay ide-detect ay ikinakabit sa dielectric material. Habang gumagalaw ang dielectric material, ang effective dielectric constant ng capacitor ay nagbabago dahil sa kombinasyon ng area ng dielectric material at ng dielectric constant ng hangin. Bilang kahalili, ang bagay ay maaaring ikonekta sa isa sa mga capacitor plate. Habang gumagalaw ang bagay, ang mga plate ay lumalapit o lumalayo, at ang pagbabago sa capacitance ay ginagamit upang matukoy ang relatibong posisyon.
Kayang sukatin ng mga capacitive sensor ang displacement, distansya, posisyon, at kapal ng mga bagay. Dahil sa kanilang mataas na signal stability at resolution, ginagamit ang mga capacitive displacement sensor sa mga laboratoryo at industriyal na kapaligiran. Halimbawa, ginagamit ang mga capacitive sensor upang sukatin ang kapal ng pelikula at mga aplikasyon ng adhesive sa mga automated na proseso. Sa mga industriyal na makina, ginagamit ang mga ito upang subaybayan ang displacement at posisyon ng tool.
Ang magnetostriction ay isang katangian ng mga ferromagnetic na materyales na nagiging sanhi ng pagbabago ng laki o hugis ng materyal kapag inilapat ang isang magnetic field. Sa isang magnetostrictive position sensor, isang movable position magnet ang nakakabit sa bagay na sinusukat. Binubuo ito ng isang waveguide na binubuo ng mga wire na nagdadala ng mga current pulse, na konektado sa isang sensor na matatagpuan sa dulo ng waveguide (Figure 3). Kapag ang isang current pulse ay ipinapadala pababa sa waveguide, isang magnetic field ang nalilikha sa wire na nakikipag-ugnayan sa axial magnetic field ng permanent magnet (ang magnet sa cylinder piston, Figure 3a). Ang field interaction ay sanhi ng pag-twist (ang Wiedemann effect), na pumipilit sa wire, na lumilikha ng acoustic pulse na kumakalat sa waveguide at nade-detect ng isang sensor sa dulo ng waveguide (Fig. 3b). Sa pamamagitan ng pagsukat ng lumipas na oras sa pagitan ng pagsisimula ng current pulse at ang pagde-detect ng acoustic pulse, maaaring masukat ang relatibong posisyon ng position magnet at samakatuwid ang bagay (Fig. 3c).
Ang mga magnetostrictive position sensor ay mga non-contact sensor na ginagamit upang matukoy ang linear na posisyon. Ang mga waveguide ay kadalasang nakalagay sa mga tubo na hindi kinakalawang na asero o aluminyo, na nagbibigay-daan sa mga sensor na ito na magamit sa marumi o basang kapaligiran.
Kapag ang isang manipis at patag na konduktor ay inilalagay sa isang magnetic field, ang anumang daloy ng kuryente ay may posibilidad na maipon sa isang gilid ng konduktor, na lumilikha ng isang potensyal na pagkakaiba na tinatawag na Hall voltage. Kung ang kuryente sa konduktor ay pare-pareho, ang magnitude ng Hall voltage ay magpapakita ng lakas ng magnetic field. Sa isang Hall-effect position sensor, ang bagay ay nakakonekta sa isang magnet na nasa loob ng sensor shaft. Habang gumagalaw ang bagay, ang posisyon ng magnet ay nagbabago kaugnay ng Hall element, na nagreresulta sa pagbabago ng Hall voltage. Sa pamamagitan ng pagsukat ng Hall voltage, matutukoy ang posisyon ng isang bagay. May mga espesyal na Hall-effect position sensor na maaaring matukoy ang posisyon sa tatlong dimensyon (Figure 4). Ang mga Hall-effect position sensor ay mga non-contact device na nagbibigay ng mataas na reliability at mabilis na sensing, at gumagana sa malawak na saklaw ng temperatura. Ginagamit ang mga ito sa iba't ibang aplikasyon para sa mga mamimili, industriyal, automotive, at medikal.
Mayroong dalawang pangunahing uri ng fiber optic sensors. Sa mga intrinsic fiber optic sensors, ang fiber ang ginagamit bilang sensing element. Sa mga external fiber optic sensors, ang fiber optics ay pinagsama sa isa pang teknolohiya ng sensor upang i-relay ang signal sa mga remote electronics para sa pagproseso. Sa kaso ng mga intrinsic fiber position measurements, maaaring gamitin ang isang device tulad ng optical time domain reflectometer upang matukoy ang time delay. Ang wavelength shift ay maaaring kalkulahin gamit ang isang instrumento na nagpapatupad ng optical frequency domain reflectometer. Ang mga fiber optic sensor ay immune sa electromagnetic interference, maaaring idisenyo upang gumana sa mataas na temperatura, at hindi konduktibo, kaya maaari itong gamitin malapit sa mataas na presyon o mga materyales na madaling magliyab.
Ang isa pang fiber-optic sensing batay sa fiber Bragg grating (FBG) technology ay maaari ding gamitin para sa pagsukat ng posisyon. Ang FBG ay gumaganap bilang isang notch filter, na sumasalamin sa isang maliit na bahagi ng liwanag na nakasentro sa Bragg wavelength (λB) kapag naiilawan ng broad-spectrum light. Ito ay gawa sa mga microstructure na nakaukit sa fiber core. Ang mga FBG ay maaaring gamitin upang sukatin ang iba't ibang mga parameter tulad ng temperatura, strain, pressure, tilt, displacement, acceleration at load.
Mayroong dalawang uri ng optical position sensors, na kilala rin bilang optical encoders. Sa isang kaso, ang liwanag ay ipinapadala sa isang receiver sa kabilang dulo ng sensor. Sa pangalawang uri, ang inilalabas na signal ng liwanag ay sinasalamin ng minomonitor na bagay at ibinabalik sa pinagmumulan ng liwanag. Depende sa disenyo ng sensor, ang mga pagbabago sa mga katangian ng liwanag, tulad ng wavelength, intensity, phase o polarization, ay ginagamit upang matukoy ang posisyon ng isang bagay. Ang mga optical position sensor na nakabatay sa encoder ay magagamit para sa linear at rotary motion. Ang mga sensor na ito ay nahahati sa tatlong pangunahing kategorya; transmissive optical encoders, reflective optical encoders, at interferometric optical encoders.
Gumagamit ang mga ultrasonic position sensor ng mga piezoelectric crystal transducer upang maglabas ng mga high-frequency ultrasonic wave. Sinusukat ng sensor ang repleksyon ng tunog. Maaaring gamitin ang mga ultrasonic sensor bilang mga simpleng proximity sensor, o ang mas kumplikadong mga disenyo ay maaaring magbigay ng impormasyon tungkol sa iba't ibang direksyon. Gumagana ang mga ultrasonic position sensor sa mga target na bagay na may iba't ibang materyales at katangian sa ibabaw, at kayang tuklasin ang maliliit na bagay sa mas malalayong distansya kaysa sa maraming iba pang uri ng position sensor. Lumalaban ang mga ito sa vibration, ambient noise, infrared radiation, at electromagnetic interference. Kabilang sa mga halimbawa ng aplikasyon gamit ang mga ultrasonic position sensor ang liquid level detection, high-speed counting ng mga bagay, robotic navigation system, at automotive sensing. Ang isang tipikal na automotive ultrasonic sensor ay binubuo ng isang plastic housing, isang piezoelectric transducer na may karagdagang membrane, at isang printed circuit board na may mga electronic circuit at microcontroller para sa pagpapadala, pagtanggap, at pagproseso ng mga signal (Figure 5).
Kayang sukatin ng mga position sensor ang absolute o relatibong linear, rotational, at angular na galaw ng mga bagay. Kayang sukatin ng mga position sensor ang galaw ng mga device tulad ng mga actuator o motor. Ginagamit din ang mga ito sa mga mobile platform tulad ng mga robot at kotse. Iba't ibang teknolohiya ang ginagamit sa mga position sensor na may iba't ibang kombinasyon ng tibay sa kapaligiran, gastos, katumpakan, repeatability, at iba pang mga katangian.
Mga 3D Magnetic Position Sensor, Allegro MicrosystemsPagsusuri at Pagpapahusay ng Seguridad ng mga Ultrasonic Sensor para sa mga Autonomous na Sasakyan, IEEE Internet of Things Journal Paano pumili ng position sensor, Cambridge Integrated CircuitsMga uri ng position sensor, Ixthus InstrumentationAno ang inductive position sensor?, Keyence Ano ang Magnetostrictive Position Sensing?, AMETEK
I-browse ang mga pinakabagong isyu ng Design World at mga lumang isyu sa isang madaling gamitin at de-kalidad na format. I-edit, ibahagi, at i-download ngayon kasama ang nangungunang magasin sa design engineering.
Ang nangungunang EE forum sa paglutas ng problema sa mundo na sumasaklaw sa mga microcontroller, DSP, networking, analog at digital na disenyo, RF, power electronics, PCB routing, at marami pang iba.
Karapatang-ari © 2022 WTWH Media LLC. Lahat ng karapatan ay nakalaan. Ang materyal sa site na ito ay hindi maaaring kopyahin, ipamahagi, ipadala, i-cache o gamitin sa ibang paraan nang walang paunang nakasulat na pahintulot ng WTWH Media. Patakaran sa Pagkapribado | Pag-aanunsyo | Tungkol sa Amin