سنسور موقعیت یاب چیست و چه انواعی دارد؟

0
595
انواع سنسور موقعیت یاب

در این آموزش در رابطه با انواع سنسور موقعیت یاب خواهید آموخت. سنسورهای موقعیت یاب نقش مهمی در زندگی روزمره دارند بطوریکه در محصولات داخلی، اتومبیل ها، اماکن اداری یا صنعتی کاربرد دارند. همانطور که از نام این سنسورها مشخص است، یک فیدبک یا بازخورد از موقعیت مکانی دستگاه ارائه می دهد.

سنسورهای موقعیت یاب کنترل حرکت، رمزگذاری و شمارش وظایف را با تعیین وجود یا عدم وجود یک هدف یا مشخص کردن جهت، سرعت، حرکت یا فاصله را ارائه می دهند.

یک سنسور موقعیت یاب می تواند موقعیت یک شی یا اختلال در میدان الکتریکی یا مغناطیسی را تشخیص داده و پارامترهای فیزیکی را به یک سیگنال الکتریکی خروجی تبدیل کند تا موقعیت هدف را تشخیص دهد.

همانطور که تکنولوژی پیشرفت می کند، دستگاه های سنجش همچنان کوچکتر، ارزانتر و عملکرد بهتری دارند و گیت وی های بیشتری را برای برنامه ها ایجاد می کنند.

انواع سنسور موقعیت یاب

سنسور موقعیت یاب غیر تماسی خطی

سنسورهای موقعیت یاب بر اساس میزان سنجش به دو دسته تقسیم می شوند:

  • دستگاه های تماسی
  • دستگاه های غیر تماسی

همانطور که از نام آن مشخص است، سنسور موقعیت یاب تماسی برای اندازه گیری، یک سطح تماس دارد. سنسورهای تماسی، سوئیچ ها و مقاومت های محدود مبتنی بر سنسورهای موقعیت یاب هستند. سنسورهای تماسی راه حل های ساده و کم هزینه ای برای برنامه هایی که تماس فیزیکی با اشیا دارند را ارائه می دهند.

دستگاه های غیر تماسی در تماس فیزیکی با جسم قرار نمی گیرند، همچون سنسورهای مغناطیسی، سنسورهای مجاورت، سنسور اثر هال و سنسورهای آلتراسونیک هستند.

هر سنسور موقعیت مزایا و محدودیت های خود را دارد. هدف این است که یک سنسور انتخاب کنید که یک راه حل مقرون به صرفه برای پارامترهای یک برنامه خاص باشد.

هر سنسور موقعیت یاب محدودیت ها و مزایایی دارد. هدف این است که سنسوری را انتخاب کنیم که برای یک کاربرد خاص مقرون به صرفه باشد.

سنسور مبتنی بر مقاومت یا سنسور موقعیت یاب پتانسیومتری

سنسور موقعیت یاب پتانسیومتری

سنسور موقعیت یاب مقاومتی را پتانسیومتر یا مبدل موقعیت نیز می نامند. این سنسورها برای کاربردهای نظامی استفاده می شوند. در رادیوها و تلویزیون ها به عنوان کلیدهای تنظیم پنل استفاده می شوند. پتانسیومترها می توانند به عنوان سنسورهای موقعیت یاب چرخشی یا خطی عمل کنند.

پتانسیومتر برای اجرای عملکرد اصلی سنجش موقعیت خود به منبع تغذیه یا مدار اضافی نیاز ندارد. از این رو دستگاه های غیر فعال هستند. در دو حالت عمل می کنند: تقسیم کننده ولتاژ و رئوستات. در رئوستات، مقاومت با حرکت تغییر می کند. از این رو برنامه ها از این مقاومت متغیر بین ترمینال ثابت و یک سطح تماس کشویی استفاده می کنند. تقسیم کننده ولتاژ یک عمل پتانسیومتری واقعی دارد. در این سنسورها یک ولتاژ مرجع در مقابل یک المان مقاومتی قرار دارد. موقعیت wiper متحرک با محاسبه ولتاژ گرفته شده توسط وایپر تعیین می شود.

پتانسیومترها، سنسورهای موقعیت یابی هستند که دارای کاربرد زیادی می باشند. همچنین دارای ترمینال ثابت و متحرک هستند که به یک شافت مکانیکی متصل شده اند. حرکت می تواند خطی (کشویی) یا زاویه دار (چرخشی) باشد. این تحرک موجب می شود تا مقاومت بین ترمینال های متحرک و ثابت تغییر کند. سیگنال الکتریکی خروجی متناسب با موقعیت مقاومت وایپر و مقدار مقاومت تغییر می کند.

پتانسیومترها در اندازه و طرح متفاوت هستند. معروفترین نوع آنها اسلایدر خطی و چرخشی است. زمانیکه به عنوان یک سنسور موقعیت یاب استفاده می شوند، شی به اسلایدر متصل شده است.

بین ترمینال های ثابت یک ولتاژ مرجع اعمال می شود که به یک طرف وایپر اعمال می شود و ولتاژ خروجی از این وایپر گرفته می شود. این تنظیمات یک شبکه تقسیم ولتاژ را تشکیل می دهند و ولتاژ خروجی به موقعیت اسلایدر بستگی دارد.

ساختار تقسیم کننده ولتاژ

اگر پتانسیل ۱۲ ولت به پتانسیومتر اعمال شود، حداکثر ۱۲ ولت و حداقل صفر ولت به عنوان ولتاژ خروجی در دسترس است. با توجه به موقعیت وایپر، ولتاژ خروجی می تواند هر مقداری بین صفر تا ۱۲ ولت باشد. اگر وایپر در مرکز مسیر مقاومت باشد، ولتاژ خروجی ۶ ولت خواهد بود.

قطعات داخلی پتانسیومتر

ساختار پتانسیومتر در تصویر زیر نشان داده شده است:

ساختار سنسور موقعیت یاب پتانسیومتری

مزایای پتانسیومترها چیست؟

برای سنجش موقعیت، یک پتانسیومتر ارزان قیمت کافی است. از مزایای پتانسیومترها می توان به کم هزینه بودن، عملکرد ساده، تئوری نرم افزاری ساده، کاربری ساده و حساسیت EMI اشاره کرد. معایب آنها زاویه سنجش کمتر و کارایی کمتر است. عیب اصلی پتانسیومتر مبتنی بر سنسور موقعیت یاب، اندازه فیزیکی آن است زیرا حرکت سیگنال خروجی را محدود می کند. زاویه سنجش یک پتانسیومتر معمولی در محدوده صفر تا ۲۴۰۰ و ۳۳۰۰ می باشد. برای دستیابی به قابلیت مولتی ترن پتانسیومتر می توان از پیچ های ورنی استفاده کرد.

مدار یک سنسور موقعیت یاب ساده در زیر آمده است:

مدار ساده سنجش موقعیت

همانطور که می بینید شامل یک آپ امپ و یک پتانسیومتر مبتنی بر سنسور موقعیت یاب می باشد. ولتاژ خروجی وابسته به موقعیت وایپر (یک اتصال متحرک به نام وایپر که با لغزش و حرکت در امتداد المان مقاومت با آن اتصال الکتریکی برقرار می کند) می باشد.

انواع پتانسیومتر

انواع پتانسیومتر

۱) فیلم کربن یکی از متداول ترین نمونه مقاومت مورد استفاده در پتانسیومترها است. اما نویز تماسی در مقاومت مورد انتظار وجود دارد. نویز تماسی نتیجه تماس فیزیکی بین وایپر و سطح مقاومت می باشد. این قضیه می تواند تا ۵% از مقاومت کل را ایجاد می کند.

۲) در پتانسیومترهای سیم پیچ دار از یک مقاومت سیمی یا سلف استفاده می شود. مشکل پتانسیومترهای ولومی، پرش وایپر بین موقعیت ها است که یک سیگنال خروجی لگاریتمی را تولید می کند.

۳) پتانسیومترهای کرمیت در کاربردهایی که به دقت بالا و نویز کم نیاز است، کاربرد دارند. این نوع پتانسیومتر از مقاومت پلاستیکی رسانا ساخته شده است. اصطکاک بین وایپر و سطح مقاومت در آنها بسیار کم است و به همین دلیل نویز الکتریکی کمتر، رزولوشن بهتر و عمر طولانی تری نیز دارند. در دو حالت تریمر و مولتی ترن وجو دارند. در برنامه های با دقت بسیار بالا مانند جوی استیک ها، صنعت ربات و رباتیک کاربرد دارند.  

سنسور موقعیت یاب خازنی

میکرو سنسور موقعیت یاب خازنی

سنسورهای خازنی غیر تماسی هستند که برای اندازه گیری دقیق موقعیت هدف در صورتیکه هدف رسانا باشد یا برای اندازه گیری میزان چگالی و ضخامت ماده در صورتیکه آن ماده رسانا نباشد، به کار می رود. زمانیکه با اجسام رسانا به کار می رود، صرف نظر از نوع ماده عمل می کند، زیرا تمام رساناها از نظر سنسور خازنی یکسان هستند. میزان ضخامت جسم مورد نظر نیز اهمیتی ندارد، زیرا سنسورها تنها سطح هدف را حس می کنند. عموماً در درایورهای هارد دیسک، تکنولوژی نیمه هادی و صنایع تولیدی که دقت بالا و پاسخ فرکانس در آنها اهمیت  دارد، به کار می روند. زمانیکه این پتانسیومترها با اجسام نارسانا به کار می روند، در دتکتورها، مانیتورهای اندازه گیری چگالی و ضخامت ماده، کاغذ و فیلم استفاده می شوند.

این نوع پتانسیومتر عموماً در اندازه گیری جابجایی از چند میلی متر تا چند نانومتر استفاده می شود. سنسور موقعیت یاب خازنی با استفاده از خاصیت رسانایی الکتریکی، موقعیت مکانی جسم مورد نظر را اندازه گیری می کند. این پتانسیومترها معمولاً برای ذخیره شارژ الکتریکی استفاده می شوند. ظرفیت خازنی آن نیز متناسب با سطح صفحات خازنی آن و مخالف فاصله بین صفحات می باشد. بنابراین زمانیکه فاصله بین صفحات تغییر کند، ظرفیت خازنی نیز تغییر می کند و سنسورهای خازنی از این خصوصیت بهره مند هستند.

میزان ظرفیت خازنی با فرمول زیر محاسبه می شود:

C = (εr εo A) / d

بطوریکه:

  • εr : گذردهی نسبی دی الکتریک
  • εo : مقدار گذردهی فضای خالی بین صفحات
  • A : ناحیه همپوشانی صفحات
  • d : فاصله بین صفحات


 

یک سنسور موقعیت یاب خازنی معمولی از دو صفحه فلزی که بین آنها را هوا پوشانده و به عنوان دی الکتریک عمل می کند، تشکیل شده است. سنسور یا پراب یکی از صفحات است و جسم مورد نظر که رسانا نیز می باشد، صفحه دیگر می باشد.

زمانیکه پتانسیلی به صفحات هادی وارد می شود، با جمع شدن بارهای مثبت روی یک صفحه و بارهای منفی روی صفحه دیگر، یک میدان الکتریکی ایجاد می شود.

سنسورهای خازنی از ولتاژ متناوب استفاده می کنند. ولتاژ متناوب باعث می شود که بارها به طور مداوم موقعیت خود را معکوس کنند. میدان الکتریکی متناوب بین پراب خازنی و هدف برای مشخص کردن تغییرات کنترل می شود و برای اندازه گیری ظرفیت خازنی بین پراب و هدف استفاده می شود. ظرفیت خازنی بر اساس مساحت صفحات، ثابت دی الکتریک و فاصله بین صفحات تعیین می شود. در اغلب کاربردهای سنسورهای خازنی، اندازه، مساحت سنسور خازنی و هدف تغییری نمی کند. دی الکتریک بین صفحات رسانا تغییر نمی کند. تنها معیار هر گونه تغییر در خازن ها، فاصله یا فضای بین سنسورهای خازنی و هدف می باشد.

به همین دلیل خازن یک مشخصه برای موقعیت هدف به حساب می آید. سنسورهای خازنی برای تولید ولتاژ خروجی متناسب با تغییر فاصله بین پراب و هدف تنظیم می شود که موجب می شود تا ظرفیت تغییر کند. این قضیه را حساسیت سنسور خازنی می گویند. حساسیت سنسور خازنی نسبت میزان تغییر ولتاژ به یک میزان مشخص تغییر فاصله می باشد. معمولاً ۱ V / 100 µ m است به این معنا که به ازای هر ۱۰۰ میکرومتر جابجایی، ۱ ولت مقدار ولتاژ خروجی تغییر می کند.

اجزای تشکیل دهنده سنسورهای خازنی

هر سنسور موقعیت یاب خازنی شامل سه بخش فضای سنجش (Sensing area)، محافظ (Guard) و بدنه (Body) می باشد که در شکل زیر نشان داده شده است:

سنسور خازنی شامل بدنه، محافظ و ناحیه سنجش می باشد

پتانسیل در ناحیه سنجش اعمال می شود. در گسترش میدان الکتریکی به مناطق هدف مشکلی وجود دارد که غیر از منطقه مورد سنجش تعریف شده و هدف هستند. برای جلوگیری از این مساله، تکنیکی به نام حفاظت وجود دارد. در این روش، یک منطقه “Guard” با احاطه کناره ها و پشت منطقه سنجش و در همان پتانسیل ناحیه سنجش ایجاد می شود. از آنجاییکه منطقه حفاظت و سنجش در یک پتانسیل هستند، هیچ میدان الکتریکی بین آنها وجود نخواهد داشت. هر رسانای دیگری در مجاورت غیر از منطقه سنجش یک میدان الکتریکی همراه با “محافظ” ایجاد می کند.

با استفاده از این محافظ (guard)، میدان الکتریکی ناحیه سنجش ماهیت مخروطی بدست می آورد. میدان الکتریکی پراب ناحیه ای از هدف را در حدود ۳۰% بزرگتر از ناحیه سنسور موقعیت یاب خازنی را می پوشاند. بنابراین، داشتن حداقل قطر هدف ۳۰% از قطر ناحیه سنسور برای کالیبراسیون استاندارد ضروری است.

سنسور موقعیت یاب خازنی برای مواد غیر رسانا

محدوده پراب سنجش متناسب با اندازه ناحیه سنجش است. پراب های کوچکتر باید به هدف نزدیکتر باشند تا به ظرفیت خازنی مورد نظر برسند. حداکثر فاصله مجاز بین پراب و هدف تقریباً ۴۰% قطر ناحیه سنجش می باشد. همچنین پراب بی فایده می شود. در برخی از کاربردها از چندین پراب به طور همزمان استفاده می شود. در این کاربردها، هماهنگ سازی ولتاژ تحریک همه پراب ها ضروری است. اگر ولتاژها هماهنگ نباشند، پراب ها با یکدیگر تداخل می کنند، زیرا ممکن است که یکی از پراب ها میدان الکتریکی را افزایش و دیگری کاهش دهد که این مساله موجب خواندن غلط می شود.

سنسور موقعیت یاب خازنی نیز می تواند با هدف های نارسانا استفاده شوند. ثابت دی الکتریک هدف نارسانا پایه عملیات است. ثابت دی الکتریک مواد نارسانا همانند پلاستیک با هوا متفاوت است. هنگامیکه ماده نارسانا به عنوان یک دی الکتریک متوسط بین دو صفحه رسانا به کار می رود، ثابت دی الکتریک بین رساناها، ظرفیت خازنی را مشخص می کنند. زمانیکه ماده نارسانا به عنوان یک دی الکتریک بین صفحات رسانا به کار می رود، ثابت دی الکتریک ظرفیت خازنی بین رساناها را تعیین می کند.

ساختار سنسور خازنی

دو صفحه رسانا شامل پراب سنسور و زمین هستند. تغییر ظرفیت خازنی و در نتیجه خروجی سنسور متناسب با تغییر ضخامت، چگالی و ترکیب بندی ماده می باشد.

سنسورهای خازنی با دقت و کارایی بالا هستند و می توانند جابجایی را در سطح نانومتر اندازه گیری کنند. این سنسورها با کارایی بالا نسبت به دما مقاوم هستند، یک خروجی خطی تولید می کنند و رزولوشن بالا دارند.

مزایای سنسور موقعیت یاب خازنی

از مزایای سنسورهای خازنی نسبت به سایر دستگاه های غیر تماسی، رزولوشن بالا، ارزان قیمت بودن و مقاوم بودن نسبت به ماده هدف می باشد. سنسورهای خازنی در شرایطی که محیط خشک یا خیس باشد و فاصله بین پراب و هدف زیاد باشد، مناسب نیستند.

سنسورهای موقعیت یاب مغناطیسی

ساختار سنسور موقعیت یاب مغناطیسی

سنسور موقعیت یاب مغناطیسی، غیر تماسی هستند که برای اندازه گیری دقیق موقعیت هدف در صورتیکه هدف رسانا باشد، به کار می رود. سنسورهای مغناطیسی برای تشخیص هدف فلزی رسانا به کار می روند.

سنسورهای خازنی از میدان الکتریکی برای تشخیص سطح رسانا استفاده می کنند. سنسورهای مغناطیسی از میدان مغناطیسی برای نفود به هدف استفاده می کنند. یک پراب سنسور سیم پیچ دار شامل یک اُسیلاتور است که یک میدان الکترو مغناطیسی فرکانس بالا تولید می کند. این میدان از ناحیه سنجش پراب تابش می کند.

زمانیکه این میدان با هدف فلزی رسانا تماس برقرار می کند، یک جریان کوچک همراه با هدف رسانا القا می شود. این جریان ها، میدان الکترومغناطیسی که با میدان پراب در تداخل است را تولید می کند. این مساله دامنه نواسانات سیگنال های پراب را تغییر می دهد. ولتاژ خروجی با توجه به تغییرات بوجود آمده تغییر می کند. هنگامیکه پراب به هدف نزدیکتر می شود، جریان بیشتری با میدانی که از پراب نشاًت گرفته واکنش می دهد و خروجی بزرگتر می شود.

بر خلاف سنسورهای خازنی، سنسورهای مغناطیسی نسبت به ماده ای که بین پراب و هدف قرار دارد وابستگی ندارد. بنابراین در محیط های سخت که موادی همچون نفت یا مایعات نفتی دیگر بین پراب و هدف قرار می گیرد، استفاده می شوند.

نوع ماده هدف یک معیار مهم در سنسور موقعیت یاب مغناطیسی است. موادی همچون آلومینیوم، استیل و مس، هر کدام واکنش متفاوتی نسبت به سنسور دارند. بنابراین سنسور برای هر هدف باید کالیبره و قطر آن تنظیم شود تا بتوان به بهینه ترین کارایی ممکن رسید.

اساساً دو نوع ماده هدف فلزی و غیر فلزی برای سنسورهای مغناطیسی وجود دارد. مواد فلزی به طور طبیعی مغناطیسی و مواد غیر فلزی، غیر مغناطیسی هستند. مواد فلزی شامل آهن، استیل و مواد غیر فلزی شامل روی، آلومینیوم، مس و برنج می باشد. برخی از سنسورهای مغناطیسی با هر دو هدف فلزی و غیر فلزی عمل می کنند، در حالیکه برخی از آنها تنها با یک نوع کار می کنند.

اندازه هدف نیز اهمیت دارد بطوریکه ناحیه میدان مغناطیسی پراب برای هر سنسور متفاوت است. داشتن یک سطح مقطع حداقل به اندازه ۳۰۰% از قطر سیم پیچ براپ، حداقل مورد نیاز است. به عبارت دیگر، در بهترین حالت سطح مقطع هدف باید حداقل سه برابر قطر پراب باشد.

عملکرد سنسور موقعیت یاب مغناطیسی

ضخامت هدف نیز معیار مهمی است بطوریکه میدان مغناطیسی در هدف نفوذ می کند و جریان های الکتریکی ایجاد می کند. ضخامت هدف وابسته به فرکانس سیگنالی است که پراب را حرکت می دهد و با فرکانس تناسب عکس دارد. به عنوان مثال، هنگامیکه فرکانس افزایش می یابد، حداقل ضخامت هدف کاهش می یابد.

برای فرکانس ۱MHz، حداقل ضخامت برای ماده های زیر به این صورت است که:

  • آهن : ۰٫۶ میلی متر
  • استیل ضد زنگ : ۰٫۴ میلی متر
  • مس : ۰٫۲ میلی متر
  • آلومینیوم : ۰٫۲۵ میلی متر
  • برنج : ۱٫۶ میلی متر

سنسور موقعیت یاب مغناطیسی با سیگنال خروجی آنالوگ به دلیل کیفیت رزولوشن نانومتری، زمان پاسخ دهی کوتاه، پاسخ فرکانسی ۸۰ KHz یا بیشتر، دقت بالا و مصونیت در برابر آلاینده های محیطی معروف می باشد.

ولتاژ و جریان خروجی سنسور مغناطیسی متناسب با فاصله صفحات سنسور و هدف می باشد. به عنوان مثال: ولتاژ و جریان مقادیر اندازه گیری شده دقیقی را متناظر با فاصله بیان می کنند. این ویژگی در کاربردهای بسیاری استفاده می شود.

ترانسفورماتور متغیر خطی (LVDT)

ترانسفورماتور متغیر خطی (LVDT) نوع متداول مبدل موقعیت خطی تماسی الکترومکانیکی با وضوح بالا است. LVDT یکی از بهترین روشهای موجود، قابل اعتماد و دقیق برای اندازه گیری فاصله خطی است. مبدل های LVDT در ساخت تجهیزات رایانه ای، ابزارآلات، اویونیک هواپیما (تجهیزات الکترونیکی هوانوردی) و رباتیک استفاده می شوند.

ترانسفورماتور متغیر خطی یک سنسور تبدیل موقعیت به سیگنال الکتریکی است. همانطور که در تصویر زیر می بینید، مبدل LVDT از سه سلف تشکیل شده است. یک هسته مغناطیسی متحرک در مرکز آن قرار دارد. این هسته مغناطیسی که آرمیچر نام دارد، انتقال جریان بین سه سلف را کنترل می کند. خروجی مبدل LVDT متناسب با موقعیت هسته است.

ساختار داخلی ترانسفورماتور متغیر خطی (LVDT)

هسته مغناطیسی درون مبدل به صورت خطی و در طول سه سلف سیم پیچی شده، حرکت می کند.

زمانیکه سلف وسط یا اولیه (primary) با جریان متناوب تحریک می شود، ولتاژی از طریق سلف های ثانویه (secondary) ایجاد می شود. ولتاژ سلف های ثانویه با توجه به موقعیت هسته مغناطیسی بین سلف ها که بصورت محوری حرکت می کند، تغییر می کند. سیگنال الکتریکی خروجی برابر با اختلاف ولتاژهای سلف های ثانویه است. بنابراین ولتاژ خروجی متناسب با حرکت مکانیکی هسته مرکزی است.

تصویر زیر یک مبدل LVDT را نشان می دهد:

مدار مبدل LVDT

شماتیک مبدل LVDT

شماتیک مبدل LVDT

عملکرد مبدل LVDT چگونه است؟

سلف اولیه مبدل با استفاده از یک منبع سیگنال متناوب تغذیه می شود که یک میدان مغناطیسی تولید می کند و شار مغناطیسی ایجاد شده توسط هسته مغناطیسی در مرکز به سلف های ثانویه S1 و S2 متصل می شود. وقتی هسته دقیقا بین دو سلف قرار می گیرد، شار مغناطیسی S1 و S2 با هم برابر می شوند. ولتاژهای ایجاد شده V1 و V2 در سلف ها با هم برابر هستند، بنابراین ولتاژ خروجی Vout برابر صفر است.

V1 = V2

و در نتیجه

Vout = V1 – V2 = 0

هنگامیکه سلف از مرکز دور می شود، ولتاژ متفاوتی در سلف ها ایجاد می شود. زمانیکه هسته در راستای S1 حرکت می کند، شار مغناطیسی ایجاد شده در S1 بزرگتر از S2  است. بنابراین ولتاژ ایجاد شده V1 افزایش و V2  کاهش می یابد. در اینجا نیز ولتاز خروجی برابر با Vout = V1 – V2  است.

اگر هسته یا آرمیچر در راستای سلف S2 حرکت کند، شار مغناطیسی تولید شده در S2 بزرگتر از S1 است و ولتاژ V2 افزایش و V1 کاهش می یابد. بنابراین Vout = V2 – V1

سیگنال خروجی می تواند موقعیت هسته را تعیین کند.

ولتاژ خروجی مبدل LVDT در صورت عدم تطابق بین سلف های ثانویه موقعیت هسته را تعیین نمی کند. یک مدار تهویه سیگنال می تواند این مشکل را برطرف کند.

مبدل LVDT به همراه مدار تهویه سیگنال:

مدار تهویه سیگنال و مبدل LVDT

این مدار شامل فیلترینگ و تقویت سیگنال است بطوریکه مقادیر مطلق دو سیگنال خروجی کم می شود. مقدار مطلق مدار را می توان با استفاده از دیود یکسوساز باتری ایجاد کرد. فیلترها برای اندازه گیری دامنه ولتاژ سلف های ثانویه استفاده می شوند. این روش برای اندازه گیری تغییرات مثبت و منفی موقعیت مرکز کاربرد دارد.

LVDT دارای مزایای زیادی است. از آنجاییکه هسته مغناطیسی با سلف ها تماسی ندارد، در نتیجه هیچ تماس مکانیکی بین هسته و سلف رخ نمی دهد. در نتیجه اصطکاکی نیز ایجاد نمی شود، به همین دلیل برای آزمایش و در دستگاه های با رزولوشن بالا کاربرد دارد. همچنین موجب طولانی شدن عمر دستگاه می شود. به همین دلیل مبدل LVDT می تواند تغییرات بسیار کوچک را نیز اندازه گیری کند.

سنسور مجاورتی

سنسور مجاورتی

سنسورهای مجاورتی ارزان، حالت جامد و غیر تماسی هستند. معمولاً برای تشخیص اجسام فلزی که ماهیت شان آهنی و غیر آهنی است، استفاده می شوند. اجزای اصلی سنسور مجاورتی شامل سلف، اُسیلاتور، مدار تشخیص و مدار خروجی می باشد.

هنگامیکه یک جریان متناوب از سیم پیچ عبور می کند، یک میدان مغناطیسی با فرکانس بالا ایجاد می کند. اگر یک جسم فلزی در نزدیک این میدان مغناطیسی قرار بگیرد، اندوکتانس (ظرفیت القای مغناطیسی) تغییر می کند. جریان های گردابی درون جسم که توسط این میدان ایجاد شده، دامنه نوسانات را تغییر می دهد. دمولاتور تغییرات دامنه را تشخیص داده و آنها را به سیگنال DC تبدیل می کند. این سیگنال DC سوئیچ های خروجی را قطع می کند.

ساختار داخلی سنسور مجاورتی

سنسور مجاورتی می تواند بدون نیاز به تجهیزات اضافی در کلاج، ترمز و شیرهای برقی کار کند. برای فعال سازی سنسور می توان از یک فلز به هر شکل و اندازه ای، رابط پنوماتیک، گیره یا مته استفاده کرد.

سنسور مجاورتی واکنشی نسبت به اجسام غیر فلزی مانند مواد نفتی، آب، خاک و غیره نشان نمی دهد. در شرایط شوک و اتصال کوتاه مقاومت می کند.

کاربرد سنسورهای مجاورتی

این سنسورها در اتوماسیون صنعتی برای شمارش کالاها، سیستم های امنیتی برای ردیابی فلزات و در برنامه های ارتش برای تشخیص مین های زمینی استفاده می شوند.

اثر هال در سنسور موقعیت یاب مغناطیسی

سنسور اثر هال

سنسور موقعیت یاب مغناطیسی برای تشخیص موقعیت اجسام به کمک تشخیص قدرت، جهت یا مجاورت میدان های مغناطیسی تولید شده توسط زمین، جریانهای الکتریکی، مغناطیس و همچنین فعالیت امواج مغزی استفاده می شود. این سنسورها غیر تماسی هستند و در صنعت و سیستم های ناوبری بسیار اهمیت دارند.

میدان مغناطیسی یک بردار است که دارای اندازه و جهت می باشد. بعضی از سنسورها اندازه میدان را اندازه گیری می کنند، در حالیکه جهت میدان را اندازه نمی گیرند که به آنها سنسورهای اسکالر می گویند. باقی سنسورها اندازه جسم را مبتنی بر محور اصلی خود اندازه گیری می کنند. اینها سنسورهای تک جهته هستند. برخی از سنسورها علاوه بر جهت، اندازه میدان را نیز اندازه گیری می کنند که به آنها سنسورهای دو جهته می گویند.

سنسور اثر هال یک سنسور میدان مغناطیسی است که می تواند برای سنجش موقعیت، فشار، جریان و دما استفاده شود.

عملکرد سنسور اثر هال در تصویر زیر نشان داده شده است:

نحوه عملکرد سنسور اثر هال

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید