位置感知是广泛应用的一个关键功能,从机器人驱动链到供应链运行中的传送带,到风力涡轮塔的摇摆。它可以有多种形式,包括线性、旋转、角、绝对、增量、接触和非接触传感器。专门的传感器已经研制出来,可以确定三维的位置。位置传感技术包括电位、感应、涡流、电容、磁致伸缩、霍尔效应、光纤、光学和超声波。
这个FAQ简要介绍了位置感知的各种形式,然后回顾了设计者在实现位置感知解决方案时可以选择的一系列技术。
在选择位置传感器时,有许多因素需要考虑。一些例子包括:
· 位置测量可以是线性的、旋转的或角的,可以是静态的或动态的(测量速度和/或加速度)。
· 线性传感器通常限于特定的测量范围,而旋转传感器通常提供的测量是转或度。
· 这些传感器可以基于接触或非接触技术。接触式传感器往往比较便宜,而非接触式传感器则比较可靠。
· 解析器是一种专用的无接触旋转传感器,可以提供位置和速度反馈。
· 有些传感器只提供从一个点到另一个点的增量测量,而其他传感器则提供相对于特定参照点的绝对位置信息。
电位位置传感器
电位位置传感器是基于电阻的装置,它将固定电阻轨道与需要被测到的物体所附的雨刷结合在一起。物体的移动使雨刷沿轨道移动。物体的位置是用固定的直流电压测量的,使用轨道和雨刷形成一个分压器网络来测量直线或旋转运动 .电位传感器成本低,但通常精度和重复性低。
感应位置传感器
感应位置传感器利用传感器线圈中感应到的磁场特性的变化。根据他们的结构,他们可以测量线性或旋转的位置。线性变差动变压器(LVDT)位置传感器使用三个线圈绕在中空管上,一个初级线圈和两个次级线圈。线圈与次级线圈180度脱离相相对于初级线圈的相关系串联连接。一个铁磁芯被称为电热器被放置在管内,并连接到被测量的物体的位置。对初级线圈施加励磁电压,使二次线圈产生电磁力。通过测量二次线圈之间的电压差,它所附的物体,可以确定。旋转电压差动变压器(RVDT)使用相同的技术跟踪旋转位置.LVDT和RVDT传感器具有良好的精度、线性度、分辨率和高灵敏度。它们是无摩擦的,可以密封在恶劣的环境中使用。
涡流位置传感器
涡流位置传感器与导电物体一起工作。涡流电流是在磁场变化的情况下在导电材料中发生的感应电流。这些电流在封闭的循环中流动,产生次级磁场.涡流传感器由线圈和线性化电路组成.交流电使线圈能产生主磁场。当物体离线圈越来越近或越来越远时,可以利用涡流产生的二次磁场相互作用来感知其位置,这种作用会影响线圈的阻抗。当物体靠近线圈时,涡流损耗增加,振荡电压减小.振动电压通过线性化电路进行校正和处理,产生与目标距离成正比的线性直流输出。
涡流电流装置是坚固的非接触,经常用作邻近传感器。它们是全向的,可以确定与对象的相对距离,而不是与对象的方向或绝对距离。
电容位置传感器
顾名思义,电容位置传感器测量电容的变化,以确定被测物体的位置。这些非接触式传感器可以用来测量直线或旋转位置。它们由两个用介电材料隔开的板组成,并使用两种方法中的一种来检测物体的位置:
· 改变电容器的介电常数
· 改变电容板的重叠面积
为了引起介电常数的变化,要检测其位置的物体被连接到介电材料上。随着介电材料的移动,由于介电材料面积和空气介电常数的变化,电容器有效介电常数发生变化。或者,该物体可以连接到电容板之一。当物体移动时,板块移动到更近或更远的地方,电容的变化被用来确定相对位置。
传感器可以测量物体的位移、距离、位置和厚度。由于其信号稳定性和分辨率高,电容位移传感器被用于实验室和工业环境。例如,电容式传感器被用来测量薄膜厚度和粘合剂在自动化过程中的应用。在工业机器中,它们被用来监测位移和工具位置。
磁致伸缩的位置传感器
磁致伸缩性是铁磁材料的一种性质,它使材料在磁场作用下改变其尺寸或形状。在磁致伸缩位置传感器中,可移动位置磁体连接到被测量的物体上。它包括一个波导,它由一个导线组成,通过它传输电流脉冲,连接到位于波导末端的传感器。当电流脉冲沿着波导发出时,就会在与永磁体轴向磁场相互作用的导线上产生磁场。磁场的相互作用是由扭转(维德曼效应)引起的,这种扭转会在导线上产生应变,产生沿着波导传播的声波脉冲,并在波导的末端由传感器检测到。通过测量电流脉冲启动与声波脉冲检测之间的时间,可以测量位置磁铁和物体的相对位置。
磁致伸缩位置传感器是一种非接触式传感器,用于检测直线位置。波导通常放置在不锈钢或铝管中,使这些传感器能够在肮脏或潮湿的环境中使用。
霍尔效应位置传感器
当一个薄的、平坦的导体被置于磁场中时,任何流动的电流都会聚集在导体的一侧,从而产生一种叫做霍尔电压的电位差。如果导体中的电流是恒定的,霍尔电压的大小将反映磁场的强度。在霍尔效应位置传感器中,物体连接到传感器轴中的磁铁上。当物体移动时,磁体的位置相对于霍尔元件发生变化,产生变化的霍尔电压。通过测量霍尔电压,可以确定物体的位置。提供专门的霍尔效应位置传感器,可以确定三维位置，霍尔效应位置传感器是提供高可靠性和快速传感的非接触设备,可以在广泛的温度范围内工作。它们被广泛应用于消费者、工业、汽车和医疗领域。
光纤位置传感器
光纤传感器有两种基本类型。在光纤传感器中,光纤作为传感元件.在外部光纤传感器中,光纤与另一种传感器技术相结合,将信号中继到远程电子产品中进行处理。在光纤位置测量的情况下,可以使用光学时域反射计等设备来确定时间延迟。利用光学频率域反射测量仪可以计算出波长位移.光纤传感器对电磁干扰是免疫的,可以设计为在高温下工作,不导电,这样就可以在接近高电压或易燃材料时使用。
另一种基于光纤布拉格光栅的光纤传感技术也可用于位置测量。光纤光栅作为一个缺口滤波器,反射围绕布拉格波长的一小部分光 B 当被广谱光照亮时。它是由嵌入光纤核心的微观结构制成的。可以制造FBGS来测量温度、应变、压力、倾斜、位移、加速度和载荷等各种参数。
光学位置传感器
有两种类型的光学位置传感器,也称为光学编码器。在一种情况下,光被发送到接收器的另一端的传感器。在第二种类型中,发射的光信号从被监测的物体反射出来,然后返回到光源。根据传感器的设计,光特性的改变,如波长、强度、相位或极化,被用来确定物体的位置。基于编码的光学位置传感器可用于直线和旋转运动。这些传感器分为三个主要类别:传送式光学编码器、反射式光学编码器和干扰式光学编码器。
超声位置传感器
超声位置传感器使用压电晶体传感器发射高频,超声声波。传感器测量反射的声音.超声波传感器可以作为简单的接近传感器使用,或者更复杂的设计可以提供测距信息。超声位置传感器与具有各种材料和表面特性的目标物体一起工作,可以在比许多其他类型的位置传感器更远的距离上探测到小物体。它们能抵抗振动、环境噪声、红外辐射和电磁干扰。使用超声波位置传感器的应用实例包括液位检测、物体高速计数、机器人导航系统和汽车传感。一种典型的汽车超声波传感器由塑料外壳组成,一种带膜的压电换能器和带有电子电路和微控制器的印刷电路板,用以传输、接收和处理信号。
位置传感器可以测量物体的绝对或相对线性、旋转和角运动。位置传感器可以测量诸如执行器或电动机等装置的运动。它们还被用于机器人和汽车等移动平台。各种各样的技术被用于位置传感器,具有各种组合的环境坚固性,成本,精度,可重复性和其他属性。
