Робототехника и системы управления зависят от датчиков приближения и положения, использующих инфракрасные, ультразвуковые или емкостные технологии для точного определения парковки, положения и ориентации объектов в окружающей среде.
Датчики приближения
Датчики приближения обнаруживают присутствие объектов (называемых целями) без физического контакта. Чаще всего они работают за счет излучения электромагнитного поля или луча электромагнитного излучения (например, инфракрасного). Изменения в поле или отраженном сигнале указывают на наличие или приближение цели.
Тип датчика зависит от материала цели:
-
Для пластиковых объектов подходят емкостные или фотоэлектрические датчики.
-
Емкостные датчики работают по принципу емкостной связи и могут обнаруживать проводящие материалы или любые объекты с диэлектрической проницаемостью, отличной от воздуха.
-
Фотоэлектрические датчики используют передатчик света для определения расстояния до объекта или его наличия/отсутствия.
-
-
Для металлических объектов применяются индуктивные датчики.
-
Индуктивные датчики работают на основе электромагнитного поля, создаваемого током в катушке. Когда металлический объект попадает в это поле, изменяется его магнитная индукция, что фиксируется датчиком.
-
Датчики приближения также широко используются для контроля вибраций машин. Например, они измеряют колебания расстояния между валом и его опорным подшипником. Это особенно важно для паровых турбин, компрессоров и двигателей с подшипниками скольжения.
Некоторые датчики приближения настроены на очень малый диапазон срабатывания и работают как сенсорные переключатели.
Благодаря отсутствию механических частей и физического контакта с объектом, датчики приближения обладают высокой надежностью и долгим сроком службы.
Они также применяются в технологиях бесконтактного управления — например, в мобильных устройствах для распознавания жестов в воздухе и управления экранной блокировкой. Когда пользователь убирает руку, устройство переходит в режим сна, а при обнаружении движения включается снова.
Датчики приближения используются во многих сферах:
-
Мобильные устройства (управление экраном)
-
Автомобили (парковочные сенсоры, системы автономного вождения)
-
Антиавиационные системы
-
Производственные линии и автоматизация
-
Сортировочные комплексы на заводах по переработке отходов
Датчики положения
Датчики положения определяют местоположение (абсолютное положение) или смещение (относительное перемещение) объекта и передают обратную связь о его координатах в линейном движении, угле поворота или трехмерном пространстве.
Некоторые датчики измеряют перемещение от одной точки к другой, а другие фиксируют абсолютное положение относительно заданной начальной точки.
Датчики положения играют ключевую роль в таких системах, как:
-
Конвейерные линии
-
Мониторинг качания башен ветряных турбин
-
Системы управления роботами
Виды датчиков положения:
-
Линейные и угловые (измеряют расстояние или угол поворота)
-
Абсолютные и инкрементальные (определяют точное местоположение или фиксируют изменения положения)
-
Контактные (более дешевые) и бесконтактные (более надежные)
-
Статические и динамические (измеряют только положение или также скорость и ускорение)
-
Специализированные трехмерные датчики
Технологии измерения положения
Существует несколько технологий, применяемых в датчиках положения:
-
Магнитострикционные датчики — используют изменение размеров и формы ферромагнитных материалов под действием магнитного поля.
-
Датчики на эффекте Холла — измеряют изменения напряжения Холла, чтобы определить положение объекта.
-
Оптоволоконные датчики — оценивают оптическую мощность, используя световоды и фотодетекторы для вычисления расстояния до объекта.
-
Оптические датчики — анализируют изменения длины волны, интенсивности, фазы или поляризации света для определения положения.
-
Ультразвуковые датчики — используют отражение звуковых волн высокой частоты. Они подходят для объектов разного материала и формы, позволяют обнаруживать небольшие объекты на значительных расстояниях и устойчивы к вибрациям, шуму, электромагнитным помехам и инфракрасному излучению.
Применение датчиков положения
-
Автомобили (парковочные сенсоры, системы автономного управления)
-
Сельскохозяйственная техника
-
Дроны
-
Антиавиационные системы
-
Промышленная автоматизация
-
Медицинская техника (оборудование для визуализации, роботизированные хирургические системы)
-
Потребительские товары и бытовая техника (умные здания, системы HVAC)
Основные производители датчиков
Некоторые из ведущих компаний, выпускающих датчики приближения и положения:
-
TE Connectivity
-
Sensata Technologies Inc. (Heilind Electronics)
-
STMicroelectronics (Mouser Electronics)
-
Amphenol Corporation
-
ams-OSRAM AG
-
Omron
-
Honeywell International Inc.
-
TDK Corporation
-
SICK AG
-
Texas Instruments Incorporated
-
Analog Devices Inc.
-
CTS Corporation
-
Infineon Technologies AG
-
Microchip Technology Inc.
-
Vishay Intertechnology Inc.
-
Novotechnik U.S. Inc.