Датчики положения и расстояния
Знание положения и смещения объекта очень важно во многих приложениях в промышленности и других областях. Инженерные процессы, основанные на этой информации, включают робототехнику, управление с обратной связью и системы безопасности. Положение объекта определяется его координатами относительно известного эталона. Смещение – это перемещение объекта из одного места в другое на определенное расстояние и угол. История датчиков положения восходит к девятнадцатому веку с изобретением Иоганном Поггендорфом в 1841 году потенциометра. Потенциометр измеряет положение подвижного контакта на резистивной дорожке. Позже, в начале двадцатого века, магниторезистивные датчики еще больше продвинули область определения положения. Эти датчики могут измерять изменение сопротивления материала под действием магнитного поля.
Твердотельная электроника, разработанная в 60-х годах, создала новые датчики положения, в том числе линейные регулируемые дифференциальные трансформаторы (LVDT). Два десятилетия спустя были впервые разработаны цифровые датчики положения, обеспечивающие измерения с высоким разрешением, которые можно было интегрировать в компьютерные системы. Последние тенденции продолжают подталкивать к миниатюризации датчиков положения и расстояния. Датчики положения и расстояния предоставляют информацию в режиме реального времени, которая позволяет машинам работать точно и безопасно. Эти датчики работают, обнаруживая изменения физических свойств, таких как смещение, емкость, индуктивность и магнитные поля. В данной статье будут рассмотрены различные датчики положения и расстояния, в том числе потенциометрические, гравитационные, емкостные, радарные, а также датчики толщины и уровня.
Потенциометрический датчик
Потенциометрические датчики измеряют линейное или угловое смещение с помощью резистивного элемента, известного как потенциометр. По своей базовой конструкции потенциометр состоит из тонкой проволоки или пленки, обернутой вокруг резистивного элемента, такого как керамический стержень. При движении керамического стержня проволока или пленка скользят, изменяя сопротивление. Сопротивление измеряется с помощью электронной схемы, которая выдает выходное напряжение, указывающее положение или смещение измеряемого объекта. Потенциометрические датчики считаются высокоточными и с высокой разрешающей способностью. В то же время они относительно недороги и просты в изготовлении по сравнению с другими типами датчиков. С другой стороны, они могут подвергаться износу с течением времени из-за постоянного трения между движущимися частями.
Эти датчики можно найти в различных коммерческих и промышленных приложениях. Например, они обычно используются в манипуляторах роботов для измерения положения и ориентации концевого эффектора робота. Они также помогают определить положение конвейерных лент, роботов-сварщиков и гидравлических цилиндров. В автомобильной промышленности они используются для измерения положения педалей акселератора, тормоза и сцепления. Потенциометрические датчики также популярны в медицинских устройствах и бытовой электронике, такой как смартфоны и планшеты.
Датчик гравитации
Датчики положения на основе гравитации измеряют изменения сил гравитации, вызванные движением объектов. В этих датчиках используется маятник или масса, подвешенная к пружине, которая двигается, когда объект перемещается поблизости. Смещение маятника генерирует сигнал напряжения, пропорциональный силе гравитации.
Акселерометр является одним из наиболее распространенных примеров гравитационных датчиков. К областям применения данных устройств относят аэрокосмическую промышленность, ракетостроение, спутники, геофизические исследования и сейсмологию. Гравитационные датчики считаются высокоточными и потребляют минимум энергии. Однако они относительно дороги в изготовлении и требуют точной калибровки. Они также чувствительны к внешним переменным, таким как изменения температуры и вибрация.
Емкостный датчик
Емкостные датчики измеряют изменение емкости, вызванное близостью объектов. Они состоят из двух проводящих пластин, разделенных диэлектрическим материалом. Когда объект приближается к пластинам, емкость изменяется, генерируя сигнал напряжения, пропорциональный расстоянию между пластинами.
Точность и разрешение емкостных датчиков впечатляют. Они могут измерять смещение в нанометровом диапазоне. Они также устойчивы в суровых условиях. С другой стороны, на них могут влиять внешние помехи от магнитных полей и влажности.
Радарный датчик
Технология радиообнаружения и определения дальности (радар) использует радиоволны для определения местоположения объектов. Радиолокационная система излучает радиоволны на определенной частоте и прислушивается к эхо сигнала, когда они отражаются от объектов. Анализ возвращенного сигнала может определить местоположение, скорость и даже размер объекта.
Радар можно найти во многих приложениях, включая прогнозирование погоды, авиацию и морскую навигацию. Промышленные применения включают измерение и мониторинг уровня, а также предотвращение столкновений.
Датчик толщины и уровня
Подобны датчики могут измерять толщину и уровень жидкостей, твердых веществ и порошков. В них используется множество технологий, включая ультразвуковые, лазерные и оптические. Например, толщина материала рассчитывается на основе измерения расстояния между датчиком и объектом в заданном пространстве. Точно так же датчики уровня измеряют высоту материала в контейнере для получения показаний уровня. Датчики толщины и уровня используются в пищевой, химической и фармацевтической промышленности.
© digitrode.ru