Сенсори, які використовують зрив коливань

І

Рис.11.12. Безконтактний

індуктивний кінцевий сигналізатор

ндуктивні безконтактні кінцеві сигналізатори перемикаються при відповідному наближенні до металевого предмету (рис. 11.12). Котушка з відкритим, чашковим феромагнітним осердям створює високочастотне електромагнітне поле. Котушка є індуктивною частиною коливного контуру, який збуджується за допомогою частотного генератора з частотою близько 1 Кгц. Наближення металевого предмету до котушки коливного контуру викликає, у випадку виникнення вихрових струмів, гасіння коливань. В результаті цього перемикається сполучений з коливним контуром електронний пороговий перемикач.

К

Рис.11.13. Тригонометричний сельсин

оливання з коливного контуру передаються через високоомний вихід до демодулятора, потім до перетворювача Шмідта (порогового перемикача), який фіксує падіння величини сигналу напруги нижче встановленого рівня. За допомогою логічної схеми отримуємо два, взаємно незалежні дворівневі сигнали А і Ä.

Тригонометричний сельсин (resolver, англ. to resolve – змінити) застосовується для точних вимірювань кутового положення в системах керування положенням. Будова тригономе­тричного сельсину подібна до влаштування малого синхронного двигуна (рис. 11.13).

К

Рис.11.14. Принцип дії

тригонометричного сельсина

отушки статора живляться двома змінними напругами i (рис. 11.14). В обмотці ротора індукується напруга як від першої, так і від другої обмоток статора. Індукування максимальне, коли осі обмоток ротора і статора співпадають; і нульове, коли вісь обмотки ротора перпендикулярна до осі обмотки статора. Завдяки цьому вихідна напруга на обмотці ротора залежить від кута повороту _x. За коефіцієнта трансформації 1:1 отримуємо = = , що означає, що напруга є напругою живлення зсунутою по фазі на кут (рис. 11.15). Кут повороту відповідає фазовому зсуву, який визначається цифровими методами. Тригонометричний сельсин перетворює кут повороту в кут фазового зміщення.

Індуктосин складається з лінійки з меандровою плівкою провідника i повзуна з двома аналогічними меандровими провідниковими плівками, які зміщені одна відносно іншої на чверть кроку меандру (рис. 11.16). Повзун є еквівалентом статора резольвера (розв’язувача), а лінійка – відповідником ротора. Під час пересування повзуна відносно лінійки стежки плівки провідника лін

Рис.11.15. Фазовий зсув

вихідної напруги

ійки перекриваються почергово зі стежками провідників однієї і другої обмоток повзуна. Оскільки повзун має дві провідні стежки, які зміщені на кут 360°/4 = 90° електричних, в лінійці індукуються дві напруги. На затискачах лінійки отримуємо вихідну напругу . Для того, щоб виміряти положення в цілому діапазоні довжини лінійки необхідно порівнювати цикли змін вихідного сигналу i визнач

Рис.11.16. Індуктосин

ати - всередині одного циклу – фазу вихідної напруги відносно вхі

Рис.11.17. Ємнісний сенсор положення

дної напруги живлення .

Ємнісні давачі (сенсори) положення

Для вимірювання великих переміщень, в діапазоні до 2 m, використовуються трубчаті давачі (рис. 11.17). При пересуванні в трубці ізольованого від неї стрижня змінюється ємність системи двох електродів: трубки і стрижня. За допомогою вимірювального мостика змінного струму змінювана ємність перетворюється на вимірювальний сигнал. Ємнісні сенсори знайшли застосування для вимірювання положення пуансона в пресах.

В процесах лазерного різання необхідно визначати віддаль між соплом різання і деталлю за допомогою ємнісних вимірювань (рис.11.18). Одним електродом є сопло різання, другим - заземлена деталь.

Ультразвукові сенсори положення

Принцип дії цієї групи сенсорів полягає у вимірюванні часу між посиланням ультразвукового імпульсу в напрямку контрольованого предмету і його поверненням – як луна – по відбиттю від поверхні предмету (рис. 11.19). Передавач і приймач є або гучномовцем з малою металевою мембраною, або п’єзокристалом.

В

Рис.11.18. Ємнісний сенсор в процесі

лазерного різання

Рис.11.19. Ультразвуковий сенсор

першому випадку частота ультразвуків становить біля 50 кГц, в другому - біля 200 кГц. Оскільки черговий ультразвуковий імпульс може бути надісланим лише після відбору луни, частота вимірювання залежить від віддалі. За віддалей до 1 м вона становить біля 4 вимірювань за секунду, до 10 м - біля 2 вимірювань за секунду. Точність вимірювання положення за віддалей до 100 мм складає біля 0,5 мм і за віддалей до 1000 мм - біля 5 мм. Оскільки час поширення звуку залежить від температури повітря, тиску і вологості, точні вимірювання не можуть бути реалізовані.

Ультразвукові сенсори положення застосовуються для автоматичного настроювання віддалі у фотоапаратах і кінематографічній техніці, для контролю віддалі в автоматичних транспортних засобах, а також для визначення висоти наповнення котлів і силосних ям. Ультразвукові сенсори положення, які вбудовані в захоплювачах роботів уможливлюють виявлення наявності предметів і інформують про віддаль до них (рис. 11.20).

Вимірювання товщини за допомогою сенсорів радіоактивного випромінювання

У виробництві стрічкових матеріалів, таких як металеві стрічки або плити з пінкових матеріалів, здійснюється поточний контроль їхньої товщини, густини, або поверхневого натягу за допомогою іонізаційної камери або лічильника Гейзера-Мюллера. Принцип вимірювання полягає в частковій абсорбції або відбитті радіоактивного випромінювання через досліджуваний матеріал. Цей метод може бути використаний також для визначення висоти наповнення резервуарів.

С

Рис.11.20. Захоплювач робота з

ультразвуковим сенсором

тосується матеріалів, які є джерелом бета або гамма випромінювання і які розміщені в закритих, захищаючих середовище контейнерах.

Р

Рис.11.21. Сенсор радіоактивного

випромінювання для вимірювання

товщини

адіоактивне випромінювання може бути виявлене за допомогою іонізаційної камери (рис.11.21). Вона складається з циліндричного корпусу і внутрішнього електроду. Електрод сполучений з джерелом живлення U_b через дуже великий опір. В результаті випромінювання газ, який знаходиться в камері, як правило – аргон, іонізується і через то стає незначним провідником. За допомогою високоомного вимірювача напруги вимірюється спад напруги на ньому.

Оптичний сенсор положення

К

Рис.11.22. Оптичний сенсор

положення

оли потік світла падає на фотоелемент PSD (англ. Position Sensitive Dewce = позиційний чутливий елемент), він створює сигнал напруги величиною, яка залежить від місця падіння потоку (рис. 11.22). Застосовуючи цей сенсор і метод тріангуляції (від лат. triangulum – трикутник) можна дуже точно, безконтактно визначати віддалі до предметів.

Оптичні вимірювання відхилень положення виконуються також за допомогою напівпровідникових, фоточутливих плиток, наприклад квадратних з довжиною сторін 15 мм. Розмістивши таку плитку на супорті верстату або робота і направивши тонкий промінь лазера на її середину, можна точно визначати відхилення траєкторії руху – вздовж променя лазера – вимірювану перпендикулярно до його осі.

Н

Рис.11.23. Ультразвуковий сенсор

швидкості потоку

апівпровідникові фотоелектронні елементи, наприклад, діоди, застосовуються для безконтактного визначення віддалі, вимірювання відхилення прямолінійного ведення машини вздовж променя лазера, а також для визначення зміни положення.