Senzory polohy. lineární / rotační

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Senzory polohy. lineární / rotační"

Jaromír Bařtipán
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Senzory polohy lineární / rotační Dvoustavové (proimity switch) S koovým výstupem : inkrementální / absolutní, optické /magnetické Lineární oporové inukčnostní kapacitní optické ultrazvukové

2 Dvoustavové senzory polohy (proimity switch) voustavový princip: Mikrospínač jazýčkový kontakt Wieganův senzor lineární senzor polohy + komparátor: Hallův senzor magnetorezistor optická závora kapacitní...

3 Jazýčkové kontakty (ree contacts) magneticky měkké kontakty ovláány polem permanentního magnetu normálně rozepnutý (i normálně sepnutý a bistabilní typ) hystereze malá je žáoucí vícenásobné zony sepnutí aplikace: otáčky (bicykl), poloha (veře) Φ F k I F F F 3' 3 4 ' ' 5 6 a) ' ' b) ' ' c) )

4 Hallův spínač (Hall switch) nejrozšířenější senzor polohy často MOS min. 3 vývoy různé spínací charakteristiky vymezená frekv. oblast (ynamický typ st) polarita a hystereze i iferenciální proveení i ve smart proveení

5 Hallův spínač (Hall switch) Honeywell

6 Hallova sona V H B I t V L E H E E W I

7 Hallovy rychlostní a polohové senzory pro řízení spalovacích motorů Honeywell

8 Inteligentní Hallův senzor V DD napájecí obvoy teplotní komp. oscilátor ochranné obvoy spínaná Hallova sona A/D DSP D/A Ω OUT etekce úrovně napájení EPROM zámek číslicový výstup GND Micronas HAL 8: 3 vývoy analogový <> igitální mo

9 Magnetorezistory feromagnetické: AMR (anizotropní magnetorezistance) cilivější než Hallův senzor citlivé v rovině chipu výr. Philips, Honeywell,... příp. GMR polovoičové: kvaratická charakteristika, vyšší B výr. Murata

10 Inukční cívka (inukční senzor) ovláána permanentním magnetem založena na Faraayově jevu aktivní senzor tvar impulsu záleží na rychlosti změny B N S N S

11 Oporové senzory polohy potenciometr (ne reostat): potlačení změn rezistivity - rotační U R R R - lineární jenootáčkový víceotáčkový mechanické převoy lankový senzor polohy: o 4 m buben, pružina ev. nelineární průběhy

12 Senzory s vířivými prouy ρ δ ωµ... zeslabení na /e.37 i~ δ Ma gne tické pole ívka Hrníčkové magnetické járo a) Oscilátor Demoulátor Kompa rátor Zesilovač Stínění

13 Senzory s vířivými prouy: konstrukce fokusace pole: feritové járo, ev. stínicí kryt

14 Inukčnostní senzory s proměnnou vzuchovou mezerou S N R N L m µ S I(j ω) N a

15 LVDT Linear Variable Differencial Transformer ± l M + l - l L S L U (jω) U V (jω) P U z (jω) U (jω) S I (jω) M L a) b) Synchronní etektor: potlačí kapacitní rušivý průnik a rušení rozliší směr posuvu

16 Inuktosyn výstup p napájení o jezce měřítko jezec U KU cos(π ) KU cosϕ p vzáj.inukčnost M ~cosϕ U cos ωt u ( t) KU cos ϕcos ωt napájení o jezců u ( t) u ( t) + u ( t) KU (cosϕ cosωt + sinϕ sinωt) KU cos( ωt ϕ) hrubá stupnice: inkrementální, jemná: měření fáze

17 Inuktosyn - napájení o měřítka u ( t) KU sinϕ sinωt u ( t) KU cosϕ sinωt Pro zpracování nutno použít fázově citlivý usměrňovač Animace:

18 Resolver Selsyn stator stator α α rotor a) b) rotor R/D converter : ADS

19 R/D converter : ADS

20 Magnetostrikční senzory polohy elastická vlna... v 3 m/s 3µm / ns (půvoně zpožďovací linka) senzor torze S J posuv tlumení puls i(t) u(t) magnet trubka z magnetostrikčního materiálu ma. élka až 4 m (útlum) hystereze.4 µm linearita. % Animace:

21 Kapacitní senzory εs

22 Kapacitní senzor s proměnnou vzuchovou mezerou S, S ε ε !! ) ( ) ( f f f f f y δ δ + δ δ + δ δ + + Taylorova řaa f + ) ( ( ) ( ) ( ) ,,, () f f f f + δ δ + δ δ + δ δ

23 Diferenční Kapacitní senzor s proměnnou vzuchovou mezerou ,

24 Poměrová metoa úplně ostraňuje nelinearitu a závislost na alších parametrech (S, ε).

25 Kapacitní senzor s proměnnou plochou překrytí εs 3 a) nebo b) nezávisí na, ε

26 a) Kapacitní senzor s proměnnou plochou překrytí 3 3 b) u 3 3 u 3 3 u c) P P Reg. S U u v U U U ) u; u u v t U u v U e) f) 3 3 rozlišovací schopnost: µm, chyba 5 µm

27 bezkontaktní Honeywell Omega

28 Kapacitní bezkontaktní senzory a snímače a) nevoivá b) clonka elektroa ε r změna kapacity malá v s f ε r, s c) ε r stínění voivá clonka uzeměná γ γ elektroa voivá clonka v s f s stínění elektroa s s clonka stření stínění velká v f s

29 Aktivní stínění pouzro zašpinění, orosení snímací elektroa kompenzační elektroa výstup napěťový sleovač stínění typicky pf, pro mm.. 5 pf %

30 obvoy pro kapacitní senzory Hlavní problém - kapacity přívoů (napěťový zroj, měření prouu) nábojová pumpa (charge pump) lze realizovat obvoem MOS nejsou třeba transformátory převoník /f (multivibrátor) opane AD převoník /U kapacitní ZV ostraní frekvenční závislost rozlišovací schopnost < ff

31 u εs () t u () t ( t) U sin t S m ω lineární i pro mezerový s

32 Optoelektronické senzory polohy Založené na: změna polohy světelné stopy zastínění (optická závora) oraz zrcalový ifuzní interference oba šíření

33 (Position-Sensitive photo Detectors Polohově citlivé etektory) PSD ; L X B L X L A R R I I R R R I I L R R I I L X B L L I I A L L L L I I I I I I I B A B A B A +

34 D a MOS obrazové snímače amplifier transistor column bus transistor microlens photoioe re color filter reset transistor row select bus silicon substrate n + potential well MOS: piel tvořen fotoioou a MOS tranzistorem, napěťový výstup. Výběr řáku-sloupce spínacími tranzistory. Umožňuje zpracování obrazu na stejném chipu.

35 D harge ouple Devices Optoelektronické senzory s nábojově vázanou strukturou: piel tvořen MOS konenzátorem, ve kterém se vztvoří náboj úměrný epozici. Piely se postupně vyčítají pomocí analogového nábojového posuvného registru

36 Inkrementální senzor polohy λmin 7 µm Interpolátory: až 5 nm?? Kvaraturní Kvaraturní výstupy výstupy

37 Kóový absolutní senzor polohy position α [] i magnetické proveení [] Grayův kó

38 Senzor clonicího typu (scanner) spojka laser rotující hranol Fotoetektor a přezesilovač cíl t buič motoru isplej vojitá erivace oscilátor systému čítač hralo t

39 Orazný senzor s amplituovou moulací aperture V V V V + V Rec Em Rec 3 Rec Pro malé vzálenosti

40 Triangulační senzory cíl +y -y y y o Θ laserová ioa -i A i i +i etektor i s Difusní Difusní oraz oraz?? Úhel Θ typicky nastaven na 3 5 Pro stření vzálenosti

41 Pro největší vzálenosti Time of flight:. Přímá metoa - světlo uletí 3 cm za ns rozlišení cm na km. Metoa frekvenční moulace Používá se i pro ultrazvuk a raar

42 Interferometrické senzory polohy referenční zrcalo polopropustná měřicí plocha zrcalo u λ/ laser 45 u světlý pruh tmavý pruh Michelsonův interfermetr

43 Oporové senzory polohy R v R V U I R + R z R U R R V R V A R v R D R D I a) b) Potenciometrické uspořáání potlačuje změny ρ

44 Oporové senzory polohy - úskalí konečný vst. opor elektroniky nelinearita ztrátový výkon P U /R oteplení, oběr kontakt (vliv nečistot a chem. prouktů) šum rift (louhoobě... %) ynamické vlast. (oskakování, tření) reproukovatelnost (<. %) linearita ráhy ( %.. ppm) šum ráhy (pro velká R) oolnost vůči vibracím životnost (typ cyklů)

45 Lineární potenciometr LONG STROKE LINEAR POTENTIOMETERS SPEIFIATIONS Total Resistance: 5 Ohms ± % Linearity: ±% S Hysteresis: ±." (.5 mm) Repeatability: ±.5" (. mm) Incremental Sensitivity:.5" Power Rating:.75 watts/stroke inch Temp. Range: -65 to 5 (-85 to F) Operating Force: 45 grams ( Lb) maimum Shaft:.36" (6 mm) iameter with ¼4-8 threae en aapter Life: million operations up to " stroke-erate proportionally for longer units (stanar rate of travel "/sec) Omega

46 Navijákový senzor polohy s viceotáčkovým potenciometrem

Podobné dokumenty

7. Měření lineární a úhlové polohy. Optoelektronické a ultrazvukové senzory

7. Měření lineární a úhlové polohy. Optoelektronické a ultrazvukové senzory Prof. Pavel Ripka Katedra měření ČVUT v Praze, FEL Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 2014 A3B38SME