Snımac e mechanicky ch velic in

Transkript

1 Snímače polohy

2 Snımac e mechanicky ch velic in Rozdelenı snımacu Podle druhu me renů fyzika lnı velic iny polohy rychlosti a zrychlenı kmitavůho pohybu mechanickůho nape tı sıly... atd. Podle prube hu vystupnıho signa lu spojitů limitnı cıslicovů Podle principu c innosti mechanicků odporovů magneticků indukc nı kapacitnı opticků ultrazvukovů...atd Podle zpusobu odme rova nı absolutnı prırustkovů (inkrementa lnı) smısenů

3 Zapojenı odporovýho snımace polohy Potenciometricke zapojenı Graf za vislosti U 2 a polohy R 1 U R R 1 R 2 x R z U 2 U 20 R 2 R z U 2 u Za vislost mezi me renou polohou a vystupnım nape tım U2. U U 2 = 1 a 1 + p 1 ( a) kde x x 2 a = p = R R Z x 2... vzda lenost jezdce od poca tku odporove dra hy x... celkova delka odporove dra hy

4 Mechanický snımace Pu sobenım neelektricke veliciny (mechanickym pohybem) docha zı ke skokove zmá ná odporu prepına nım kontaktu. Nejcastájsı aplikacı je márenı polohy pohybujıcıch se ca stı ru znych technickych zarızenı, kde jsou souca stı tzv. koncovych spınacu. Foto mechanickych snımacu a) pr epınacı mechanizmus b) spınacprımy c) spınackladickovy d) spınacza padkovy

5 Rozdelenı kontakty jazyckoveho rele wiegandovy sondy hallovy sondy Kontakty jazy ckovýho relý Magnetický snımace Princip spocıva ve vyuzitı silovych šcinku magnetickeho pole permanentnıho magnetu na jazycky z magneticky mákkeho materia lu zatavene do sklenáne trubicky plná ne inertnım plynem. F M 2 Φ = F = k M 2µ S 0 δ 0 δ 2 F M sıla vyvolana perm. magnetem F D direktivnı sıla µ 0... permeabilita vakua S... prekryvajıcı se plocha jazyck u k... tuhost jazyck u δ 0... poca tecnı poloha δ... poloha Na kontakty pu sobı sıla F = F M - F D

6 Indukcnı snımace polohy Princip indukcnıch snımacu polohy spocıv a v pr evodu polohy na zmenu vlastnıindukcnosti L, prıpadne vza jemnš indukcnosti M. Rozdelenı: Podle za kladnıho principu tlumivkovů transforma torovů. Podle provedenımagn. obvodu s otevreny m mag. Obvodem s uzavreny m mag. Obvodem Podle uspora da nısnımacıch prvku jednoduchů diferencia lnı Podle vazby s me renym predme tem dotykovů bezdotykovů

7 Tlumivkový snımace Tlumivkový snımace s uzavreny m magneticky m obvodem Snımace s promennou vzduchovou mezerou Uspora da nı snımace Pro indukcnost L platı priblizná vztah:: L 2 N Rm 2 N = 2d = 0 µ Za vislost L na d je hyperbolicka, S D snımac se pouzıva pouze v oblasti, kde je prevodnı charakteristika priblizná linea rnı - márenı malych posunu. Vátsı citlivosti (dvojna sobne) i linearity muzeme dosa hnout diferencnım snımacem

8 Tlumivkový snımace s promennou plochou vzduchový mezery Pouzıva se pro márenı strednıch posunu. Pro indukcnost L zde platı vztah: L = µ 0 S N 2d 2 l b dobre linearity lze dosa hnout pri x << b a d <<b. Schema a prevodnı charakteristika snımace:

9 Transforma torový snımace Princip Vyhodnocenı zmány vza jemne indukcnosti mezi prima rnı a sekunda rnımi cıvkami. Prima rnı cıvka je napa jena ze zdroje strıdaveho napátı, takze vystupnı napátı sekunda rnıho vinutı je šmá rne má rene veliciná (poloze) Typ LVDT(Linear Variable Differential Transformer) Provedenı snımace Prevodnı charakteristiky

10 Za kladnı principy Kapacitnısnımac e polohy Prevod márene veliciny na kapacitu kondenza toru a v jejı na sledne prevedenı na zpracovatelnysigna l (napátı, proud) v logicke nebo spojite formá. Za kladnım principia lnım vztahem je vzorec pro vypocet kapacity rovinneho deskoveho kondenza toru: C S kde: = e 0 e r d C ε 0 ε r S d je kapacita kondenza toru je permitivita vakua je pomárna permitivita je šcinna plocha elektrod je vzda lenost elektrod

11 Principy kapacitnıch snımacu I

12 Principy kapacitnıch snımacu II

13 Mericı obvody kapacitnıch senzoru U kol máricıch obvodu : Vyhodnocenı kapacity snımace a jejı prevod na napáďovynebo proudovysigna l šmá rnymá rene veliciná. Podmınka spra vne cinnosti kapacitnıch snımacu : Minimalizace vlivu parazitnıch kapacit, ktere mohou znehodnotit vysledek márenı. Nejjednodussı metodou je zkra cenı prıvodu k márıcımu clenu. Pokud to dana aplikace umoznuje, je vyhodne pouzıt snımac s integrovanym prevodnıkem. Metody vyhodnocenı kapacity snımace: Mu stkove metody - máricı kondenza tor je zapojen do jedne z vátvı mu stku napa jeneho harmonickym napá tım. Zpátnovazebnı obvody - máricı kondenza tor je souca stı dálice zapojeneho do zpátne vazby operacnıho zesilovace. Rezonancnı metody - máricı kondenza tor je souca stı LC obvodu, kapacita se preva dı na kmitocet oscila toru.

14 Bezkontaktnı indukcnı snımace Princip cinnosti Rozla ova nı oscila toru vlivem vırivych proudu po priblızenı kovove clonky k celu cıvky. Oscila tor vyzaruje do osy snımace vf elektromagneticke pole Priblızenım kovoveho predmátu k celu cıvky v nám vzniknou vırive proudy Vznik elektromagnetickeho pole, ktere tlumı kmita nı LC obvodu. Dojde k rozladánı oscila toru, jeho vystupnı signa l je demodulova n Kompara tor napátı z demodula toru porovna s prahovou hodnotu a v prıpadá prıtomnosti predmátu preklopı klopnyobvod.

15 Elektrický pripojenı indukcnıho snımace Indukcnı snımace polohy se z hlediska vystupnıho signa lu vyra bı v nákolika modifikacıch. Vystupnı napátı je vátsinou stejnosmárne, ale muzebyt i strıdave, jednotlive snımace se lisı šrovnı vystupnıho napá tı. Do elektrickeho obvodu se nejcastáji zapojujı dvámi nebo tremi vodici. U trıvodicoveho zapojenı rozlisujeme, zda za táz (napr. vstup programovatelneho automatu) bude zapojena proti spolecnemu kladnemu (NPN) nebo za pornemu (PNP) vodici. Vnitr nı obvody snımace Za tez

16 Bezkontaktnı kapacitnı snımace Snımacje slozen ze ctyr funkcnıch bloku : Dvá snımacı elektrody - kondenza tor se za kladnı kapacitou C RC oscila tor - máricı kondenza tor je souca stı RC oscila toru Komparacnı spınacı obvod Vystupnı obvod Oscila tor Zesilovac Kompara tor Vyst. obvod Pouzitı kapacitnıch snımacu papır, plast, olej, vodnı roztoky, granula t prasek, atd.

17 Optický absolutnı snımace polohy Princip: Modifikace svátelneho toku sklenánym kotouckem se soustrednymi stopami s pru hlednymi a nepru hlednymi plochami ko dovanymi v Grayová ko du. Vystupnı signa l: digita lnı slovo (sırka=pocet stop), ktere reprezentuje polohu (šhlovou hodnotu) vztazenou k referencnımu bodu. Rozlisovacı schopnost α = 360/2 p [ ] p pocet stop Vyhody poloha je urcitelna v kteremkoli okamziku necitlivost na poruchy Nevyhody vyssı cena na kladne prıslusenstvı pro zpracova nı márenych dat, prenos a vyhodnocenı

18 Optický inkrementa lnı snımace polohy Princip: Minima lnı konfigurace obsahuje jeden svátelny zdroj, rotujıcı disk s pru hlednymi a nepru hlednymi dılky, dvá snımacı jednotky a vyhodnocovacı logicke obvody. Svátelnytok zdroje S (Ga-As-LED) upraveny nastrıknutou cockou P procha zı rastrem R ke dváma snımacım fotodioda m E1, a E2. Fa zovyposun UA, UB (90 ) je nutnypro vyhodnocenı smáru pohybu. Vátsı rozlisovacı schopnosti snımace dosa hneme prida nım pevneho optickeho rastru a vyuzitım nonioveho jevu.

19 Vyhodnocovacı obvody inkrementa lnıch snımacu Vyhodnocenı signa lu Signa l z fotodiod je upraven internımi tvarovacımi obvody Pocet impulsu nese informaci o poloze Sekvence signa lu UA, UB nese informaci o smáru pohybu Rozlisovacı schopnost snımace lze zvysit elektronicky Referencnı znacka jednou za otacku doda va prıdavnyreferencnı impuls. Inverznı kana ly zvysujı spolehlivost snımacu

20 Provedenı inkrementa lnıch snımacu Rotacnı Linea rnı snımacı kotoucky jsou nahrazeny linea rnımi optickymi rastry (posuvne márıtko a pevnyjezdec) Mericı krok je da n poctem segmentovych dılku na rotujıcım dálicım disku (50 az ) a vyhodnocovacı schopnostı elektronickych obvodu. (Dálenı disku se prova dı fotolitografickou technologiı podobná jako u integrovanych polovodicovych souca stek.) Inkrementa lnı snımace LARM Netolice

21 Jednocestný systýmy Svetelna za vora Vysılac nekoherentnı, ci laserova dioda vyzarujıcı ve viditelne nebo infracervene oblasti Prijımac detekce dopadajıcıho zareni, vyhodnocenı,odlisenı zarenı vysılace a svátlo dopadajıcı z okolı fotodioda, fototranzistor, ci slozitájsi optron, jehoz citlivost odpovıda vlnove delce vysılace. Vysılac Prijımac Clonka Svá telnypaprsek Opticka mrız Kombinace vıce svátelnych za vor a jejich logicke propojenım Hlıda plochu mezi vysılacem a prijımacem Svetelna za clona Zarenı jednoho vysılace vede po odrazu od soustavy zrcadel po ru znych dra ha ch, nez dospáje k prijımaci.

22 Svetelna za vora Reflexnı a snımacı systýmy Vysılac i prijımac svátla jsou konstrukcná spojeny do jedne jednotky Na opacne straná sledovaneho prostoru je umıstáno zrcadlo Zrcadlo musı zarucit spra vnyzpátnyodraz i pri svem na klonu Reflexnı plocha je slozena z trojzrca tek, tvorenych tremi navza jem kolmymi rovinami (roh krychle). Snımacı (ohleda vacı) systšmy Jsou podobne reflexnım systemu m Svátelnypaprsek je mısto zrcadlem odrazen predmátem Odraz je difšznı a odrazena je jen ca st dopadajıcıho zarenı. Ohleda vacı system tedy musı pracovat s vá tsım vykonem nez reflexnı.

23 Provedenı a pouzitı opticky ch systýmu Provedenı optickych snımacu Svá telna za vora Reflexnı snımac Márenı ota cek

24 Ultrazvukový snımace polohy Princip Ultrazvukove snımace pracujı na principu odrazu ultrazvukovych pulsu od detekovaneho objektu Ultrazvukovyprevodnık (kombinovanyvysılac/prijımac) vysle kra tkyzvukovypuls Prepne se do prijımacıho rezimu a je vyhodnocova n prijatyultrazvukovypuls, u ktereho se nejdrıve zjisďuje zda opravdu jde o echo vyslaneho signa lu. Na za kladá delky intervalu "vyslanypuls - echo je odvozeno, zda predmát lezı v nastavenem rozmezı

25 Typy ultrazvukovy ch snımacu Jednohlavovš systšmy Snımace pro prımou detekci s kombinovanym vysılacem a prijımacem vysılac + prijımac Dvouhlavovš systšmy Snımace pro prımou detekci s dálenym prijımacem a vysılacem vysılac prijımac objekt Ultrazvukovš za vory Snımace s pru chozım paprskem objekt prijımac vysılac objekt