位置感知是廣泛應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵功能,從機(jī)器人驅(qū)動(dòng)鏈到供應(yīng)鏈運(yùn)行中的傳送帶,到風(fēng)力渦輪塔的搖擺。它可以有多種形式,包括線性、旋轉(zhuǎn)、角、絕對(duì)、增量、接觸和非接觸傳感器。專門的傳感器已經(jīng)研制出來,可以確定三維的位置。位置傳感技術(shù)包括電位、感應(yīng)、渦流、電容、磁致伸縮、霍爾效應(yīng)、光纖、光學(xué)和超聲波。

這個(gè)FAQ簡(jiǎn)要介紹了位置感知的各種形式,然后回顧了設(shè)計(jì)者在實(shí)現(xiàn)位置感知解決方案時(shí)可以選擇的一系列技術(shù)。

在選擇位置傳感器時(shí),有許多因素需要考慮。一些例子包括:

· 位置測(cè)量可以是線性的、旋轉(zhuǎn)的或角的,可以是靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的(測(cè)量速度和/或加速度)。

· 線性傳感器通常限于特定的測(cè)量范圍,而旋轉(zhuǎn)傳感器通常提供的測(cè)量是轉(zhuǎn)或度。

· 這些傳感器可以基于接觸或非接觸技術(shù)。接觸式傳感器往往比較便宜,而非接觸式傳感器則比較可靠。

· 解析器是一種專用的無接觸旋轉(zhuǎn)傳感器,可以提供位置和速度反饋。

· 有些傳感器只提供從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的增量測(cè)量,而其他傳感器則提供相對(duì)于特定參照點(diǎn)的絕對(duì)位置信息。

電位位置傳感器

電位位置傳感器是基于電阻的裝置,它將固定電阻軌道與需要被測(cè)到的物體所附的雨刷結(jié)合在一起。物體的移動(dòng)使雨刷沿軌道移動(dòng)。物體的位置是用固定的直流電壓測(cè)量的,使用軌道和雨刷形成一個(gè)分壓器網(wǎng)絡(luò)來測(cè)量直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) .電位傳感器成本低,但通常精度和重復(fù)性低。

感應(yīng)位置傳感器

感應(yīng)位置傳感器利用傳感器線圈中感應(yīng)到的磁場(chǎng)特性的變化。根據(jù)他們的結(jié)構(gòu),他們可以測(cè)量線性或旋轉(zhuǎn)的位置。線性變差動(dòng)變壓器(LVDT)位置傳感器使用三個(gè)線圈繞在中空管上,一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈。線圈與次級(jí)線圈180度脫離相相對(duì)于初級(jí)線圈的相關(guān)系串聯(lián)連接。一個(gè)鐵磁芯被稱為電熱器被放置在管內(nèi),并連接到被測(cè)量的物體的位置。對(duì)初級(jí)線圈施加勵(lì)磁電壓,使二次線圈產(chǎn)生電磁力。通過測(cè)量二次線圈之間的電壓差,它所附的物體,可以確定。旋轉(zhuǎn)電壓差動(dòng)變壓器(RVDT)使用相同的技術(shù)跟蹤旋轉(zhuǎn)位置.LVDT和RVDT傳感器具有良好的精度、線性度、分辨率和高靈敏度。它們是無摩擦的,可以密封在惡劣的環(huán)境中使用。

渦流位置傳感器

渦流位置傳感器與導(dǎo)電物體一起工作。渦流電流是在磁場(chǎng)變化的情況下在導(dǎo)電材料中發(fā)生的感應(yīng)電流。這些電流在封閉的循環(huán)中流動(dòng),產(chǎn)生次級(jí)磁場(chǎng).渦流傳感器由線圈和線性化電路組成.交流電使線圈能產(chǎn)生主磁場(chǎng)。當(dāng)物體離線圈越來越近或越來越遠(yuǎn)時(shí),可以利用渦流產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)相互作用來感知其位置,這種作用會(huì)影響線圈的阻抗。當(dāng)物體靠近線圈時(shí),渦流損耗增加,振蕩電壓減小.振動(dòng)電壓通過線性化電路進(jìn)行校正和處理,產(chǎn)生與目標(biāo)距離成正比的線性直流輸出。

渦流電流裝置是堅(jiān)固的非接觸,經(jīng)常用作鄰近傳感器。它們是全向的,可以確定與對(duì)象的相對(duì)距離,而不是與對(duì)象的方向或絕對(duì)距離。

電容位置傳感器

顧名思義,電容位置傳感器測(cè)量電容的變化,以確定被測(cè)物體的位置。這些非接觸式傳感器可以用來測(cè)量直線或旋轉(zhuǎn)位置。它們由兩個(gè)用介電材料隔開的板組成,并使用兩種方法中的一種來檢測(cè)物體的位置:

· 改變電容器的介電常數(shù)

· 改變電容板的重疊面積

為了引起介電常數(shù)的變化,要檢測(cè)其位置的物體被連接到介電材料上。隨著介電材料的移動(dòng),由于介電材料面積和空氣介電常數(shù)的變化,電容器有效介電常數(shù)發(fā)生變化。或者,該物體可以連接到電容板之一。當(dāng)物體移動(dòng)時(shí),板塊移動(dòng)到更近或更遠(yuǎn)的地方,電容的變化被用來確定相對(duì)位置。

傳感器可以測(cè)量物體的位移、距離、位置和厚度。由于其信號(hào)穩(wěn)定性和分辨率高,電容位移傳感器被用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)環(huán)境。例如,電容式傳感器被用來測(cè)量薄膜厚度和粘合劑在自動(dòng)化過程中的應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器中,它們被用來監(jiān)測(cè)位移和工具位置。

磁致伸縮的位置傳感器

磁致伸縮性是鐵磁材料的一種性質(zhì),它使材料在磁場(chǎng)作用下改變其尺寸或形狀。在磁致伸縮位置傳感器中,可移動(dòng)位置磁體連接到被測(cè)量的物體上。它包括一個(gè)波導(dǎo),它由一個(gè)導(dǎo)線組成,通過它傳輸電流脈沖,連接到位于波導(dǎo)末端的傳感器。當(dāng)電流脈沖沿著波導(dǎo)發(fā)出時(shí),就會(huì)在與永磁體軸向磁場(chǎng)相互作用的導(dǎo)線上產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的相互作用是由扭轉(zhuǎn)(維德曼效應(yīng))引起的,這種扭轉(zhuǎn)會(huì)在導(dǎo)線上產(chǎn)生應(yīng)變,產(chǎn)生沿著波導(dǎo)傳播的聲波脈沖,并在波導(dǎo)的末端由傳感器檢測(cè)到。通過測(cè)量電流脈沖啟動(dòng)與聲波脈沖檢測(cè)之間的時(shí)間,可以測(cè)量位置磁鐵和物體的相對(duì)位置。

磁致伸縮位置傳感器是一種非接觸式傳感器,用于檢測(cè)直線位置。波導(dǎo)通常放置在不銹鋼或鋁管中,使這些傳感器能夠在骯臟或潮濕的環(huán)境中使用。

霍爾效應(yīng)位置傳感器

當(dāng)一個(gè)薄的、平坦的導(dǎo)體被置于磁場(chǎng)中時(shí),任何流動(dòng)的電流都會(huì)聚集在導(dǎo)體的一側(cè),從而產(chǎn)生一種叫做霍爾電壓的電位差。如果導(dǎo)體中的電流是恒定的,霍爾電壓的大小將反映磁場(chǎng)的強(qiáng)度。在霍爾效應(yīng)位置傳感器中,物體連接到傳感器軸中的磁鐵上。當(dāng)物體移動(dòng)時(shí),磁體的位置相對(duì)于霍爾元件發(fā)生變化,產(chǎn)生變化的霍爾電壓。通過測(cè)量霍爾電壓,可以確定物體的位置。提供專門的霍爾效應(yīng)位置傳感器,可以確定三維位置，霍爾效應(yīng)位置傳感器是提供高可靠性和快速傳感的非接觸設(shè)備,可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)工作。它們被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)者、工業(yè)、汽車和醫(yī)療領(lǐng)域。

光纖位置傳感器

光纖傳感器有兩種基本類型。在光纖傳感器中,光纖作為傳感元件.在外部光纖傳感器中,光纖與另一種傳感器技術(shù)相結(jié)合,將信號(hào)中繼到遠(yuǎn)程電子產(chǎn)品中進(jìn)行處理。在光纖位置測(cè)量的情況下,可以使用光學(xué)時(shí)域反射計(jì)等設(shè)備來確定時(shí)間延遲。利用光學(xué)頻率域反射測(cè)量?jī)x可以計(jì)算出波長(zhǎng)位移.光纖傳感器對(duì)電磁干擾是免疫的,可以設(shè)計(jì)為在高溫下工作,不導(dǎo)電,這樣就可以在接近高電壓或易燃材料時(shí)使用。

另一種基于光纖布拉格光柵的光纖傳感技術(shù)也可用于位置測(cè)量。光纖光柵作為一個(gè)缺口濾波器,反射圍繞布拉格波長(zhǎng)的一小部分光 B 當(dāng)被廣譜光照亮?xí)r。它是由嵌入光纖核心的微觀結(jié)構(gòu)制成的。可以制造FBGS來測(cè)量溫度、應(yīng)變、壓力、傾斜、位移、加速度和載荷等各種參數(shù)。

光學(xué)位置傳感器

有兩種類型的光學(xué)位置傳感器,也稱為光學(xué)編碼器。在一種情況下,光被發(fā)送到接收器的另一端的傳感器。在第二種類型中,發(fā)射的光信號(hào)從被監(jiān)測(cè)的物體反射出來,然后返回到光源。根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì),光特性的改變,如波長(zhǎng)、強(qiáng)度、相位或極化,被用來確定物體的位置。基于編碼的光學(xué)位置傳感器可用于直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這些傳感器分為三個(gè)主要類別:傳送式光學(xué)編碼器、反射式光學(xué)編碼器和干擾式光學(xué)編碼器。

超聲位置傳感器

超聲位置傳感器使用壓電晶體傳感器發(fā)射高頻,超聲聲波。傳感器測(cè)量反射的聲音.超聲波傳感器可以作為簡(jiǎn)單的接近傳感器使用,或者更復(fù)雜的設(shè)計(jì)可以提供測(cè)距信息。超聲位置傳感器與具有各種材料和表面特性的目標(biāo)物體一起工作,可以在比許多其他類型的位置傳感器更遠(yuǎn)的距離上探測(cè)到小物體。它們能抵抗振動(dòng)、環(huán)境噪聲、紅外輻射和電磁干擾。使用超聲波位置傳感器的應(yīng)用實(shí)例包括液位檢測(cè)、物體高速計(jì)數(shù)、機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)和汽車傳感。一種典型的汽車超聲波傳感器由塑料外殼組成,一種帶膜的壓電換能器和帶有電子電路和微控制器的印刷電路板,用以傳輸、接收和處理信號(hào)。

位置傳感器可以測(cè)量物體的絕對(duì)或相對(duì)線性、旋轉(zhuǎn)和角運(yùn)動(dòng)。位置傳感器可以測(cè)量諸如執(zhí)行器或電動(dòng)機(jī)等裝置的運(yùn)動(dòng)。它們還被用于機(jī)器人和汽車等移動(dòng)平臺(tái)。各種各樣的技術(shù)被用于位置傳感器,具有各種組合的環(huán)境堅(jiān)固性,成本,精度,可重復(fù)性和其他屬性。