위치 센서 - LVDT, 로터리 엔코더

위치 센서는 대상의 존재 유무를 결정하거나 대상의 방향, 속도, 동작 또는 거리를 감지하여 모션 제어, 카운팅 및 인코딩 작업을 제공합니다.

위치 센서는 물체의 위치나 전기장 또는 자기장의 교란을 감지하고 해당 물리적 매개변수를 출력 전기 신호로 변환하여 대상의 위치를 나타낼 수 있습니다.

 

위치 센서의 종류

위치 센서는 일반적으로 감지 방식에 따라 두 가지 유형으로 나뉩니다.

• 접촉 장치
• 비접촉 장치

이름에서 알 수 있듯이 위치 센서의 접촉 유형은 측정과 물리적으로 접촉합니다. 접촉 기반 센서는 리미트 스위치와 저항 기반 위치 센서입니다.

 

접촉 기반 센서는 물체와의 물리적 접촉이 허용되는 응용 분야에서 간단하고 저렴한 솔루션을 제공합니다.

비접촉 장치는 물체와의 물리적 접촉을 포함하지 않습니다. 자기 센서, 근접 센서, 홀 효과 기반 센서 및 초음파 센서입니다.

모든 위치 센서에는 장점과 한계가 있습니다. 목표는 특정 응용 분야의 매개변수에 대한 비용 효율적인 솔루션인 센서를 선택하는 것입니다.

저항 기반 또는 전위차 위치 센서

저항성 위치 센서는 전위차계 또는 위치 변환기라고도 합니다. 라디오와 텔레비전에서 패널 장착 조정 손잡이로 사용되었고 전위차계는 선형 또는 회전식 위치 센서로 작동할 수 있습니다.

전위차계는 기본 위치 감지 기능을 수행하기 위해 전원 공급 장치나 추가 회로가 필요하지 않는 수동 장치입니다. 전압 분배기와 가변 저항기의 두 가지 모드로 작동합니다. 가변 저항기에서 저항은 움직임에 따라 변합니다.

따라서 응용 분야는 고정 단자와 슬라이딩 접점 사이의 다양한 저항을 사용합니다. 전압 분배기는 진정한 전위차 작동을 가지고 있습니다. 여기에서 기준 전압은 저항 소자에 적용됩니다. 가동 와이퍼의 위치는 와이퍼에 의해 픽업된 전압을 계산하여 결정됩니다.

전위차계는 가장 일반적으로 사용되는 위치 센서입니다. 고정 단자와 기계식 샤프트에 연결된 와이퍼 단자가 있습니다. 움직임은 선형(슬라이드) 또는 각도(회전)일 수 있습니다. 이러한 움직임으로 인해 고정 단자와 와이퍼 단자 사이의 저항이 변경됩니다. 일반적으로 전압인 출력 전기 신호는 와이퍼 저항 트랙의 위치에 비례하여 변하므로 저항 값이 달라집니다.

전위차계는 다양한 크기와 디자인으로 제공됩니다. 일반적으로 사용 가능한 유형은 선형 슬라이더와 회전 유형입니다. 위치 센서로 사용되는 경우 개체는 슬라이더에 연결됩니다.

 

와이퍼의 양쪽에 있는 고정 단자 사이에 기준 전압이 인가되고 출력 전압은 이 와이퍼에서 가져옵니다. 이 구성은 전압 분배기 네트워크를 형성하며 출력 전압은 슬라이더의 위치에 따라 달라집니다.

 

전위차계에 12V의 전위가 인가되면 최대 12V 및 최소 0V를 출력 전압으로 사용할 수 있습니다. 와이퍼의 위치에 따라 출력 전압은 0V에서 12V 사이의 값일 수 있습니다. 와이퍼가 저항 트랙의 중앙에 있는 경우 출력 전압은 6V입니다.

 

 

전위차계의 구성은 아래 그림에 나와 있습니다.

범용 위치 감지의 경우 저가형 전위차계로 충분합니다. 전위차계의 장점은 저렴한 비용, 간단한 작동, 간단한 응용 이론, 사용하기 쉽고 강력한 EMI 민감성입니다. 단점은 슬라이딩 와이퍼로 인한 궁극적인 마모, 더 작은 감지 각도 및 낮은 정확도입니다.

전위차계 기반 위치 센서의 주요 단점은 슬라이드의 움직임과 출력 신호를 제한하기 때문에 물리적 크기입니다. 일반적인 전위차계의 감지 각도는 00에서 최대 2400에서 3300 사이입니다. 버니어 턴을 적용하여 다중 턴 기능을 달성할 수 있습니다.

 

간단한 위치 감지 회로는 다음과 같습니다.

OP 앰프와 전위차계 기반 위치 센서로 구성됩니다. 출력 전압은 와이퍼의 위치에 따라 다릅니다.

탄소 필름은 전위차계에 사용되는 가장 일반적인 유형의 저항 트랙입니다. 그러나 예상되는 저항에 겹쳐지는 접촉 소음이 있습니다. 접촉 소음은 와이퍼와 저항성 표면 사이의 기계적 접촉의 결과입니다. 이로 인해 전체 저항의 최대 5%가 발생할 수 있습니다.

권선형 전위차계는 직선 저항 요소 또는 코일 권선 저항 와이어를 사용합니다. 권선 전위차계의 문제점은 로그 출력 신호를 생성하는 위치 사이에서 와이퍼가 점프하는 것입니다.

폴리머 필름 또는 서멧 유형 전위차계는 고정밀 및 저잡음 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 이들은 전도성 플라스틱 저항 재료로 구성됩니다. 와이퍼와 표면 사이의 마찰이 매우 적기 때문에 전기적 노이즈가 적고 분해능이 우수하며 수명이 길다. 이들은 단일 회전 및 다중 회전 장치로 사용할 수 있습니다. 이 장치는 조이스틱, 산업용 로봇 등과 같은 고정밀 애플리케이션에 사용됩니다.

 

정전식 위치 센서

정전식 센서는 대상이 본질적으로 전도성인 경우 대상 위치의 정밀 측정에 사용되는 비접촉식 장치이거나 대상이 본질적으로 비전도성인 경우 재료의 두께 및 밀도 측정에 사용됩니다. 전도성 타겟과 함께 사용하면 모든 도체가 용량성 센서와 동일하게 보이기 때문에 타겟의 재질에 관계없이 작동합니다. 센서가 대상의 표면을 감지하기 때문에 대상의 두께도 중요하지 않습니다.

주로 디스크 드라이브, 반도체 기술 및 고정밀 제조 산업에서 사용되며 높은 정확도와 주파수 응답이 중요합니다. 비전도성 타겟과 함께 사용할 경우 일반적으로 라벨 검출기, 코팅 두께 모니터, 종이 및 필름 두께 측정 장치에 사용됩니다.

주로 수 밀리미터에서 나노 미터까지의 선형 변위 측정에 사용됩니다. 정전식 센서는 위치 측정을 위해 전기적 특성 전도도를 사용합니다. 신체에 의해 전하를 저장하는 능력은 커패시턴스입니다. 전하를 저장하는 데 사용되는 가장 일반적인 장치는 병렬 플레이트 커패시터입니다. 병렬 플레이트 커패시터의 커패시턴스는 플레이트의 표면적과 유전 상수에 정비례하고 플레이트 사이의 거리에 반비례합니다. 따라서 플레이트 사이의 간격이 변경되면 정전 용량이 변경되고 정전 용량 센서가 이 특성을 사용합니다.

 

상기 커패시턴스는,

C = (εr εo ᅡ) / d

 

εr 는 유전체의 상대 유전율이다

εo 자유 공간의 유전율이다.

A는 플레이트의 겹침 영역입니다.

그리고 d는 플레이트 사이의 거리이고,

일반적인 정전 용량 감지 모델은 두 개의 금속판으로 구성되며 그 사이에 공기가 유전체로 작용합니다. 센서 또는 프로브는 금속판 중 하나이고 대상 물체는 전도성이고 다른 하나는 플레이트입니다.

 

도체의 판에 전위가 가해지면 한 판에는 양전하가 축적되고 다른 판에는 음전하가 축적되어 판자 사이에 전기장이 생성됩니다.

정전 용량 센서는 교류 전압을 사용합니다. 교류 전압은 전하가 계속해서 위치를 반전시키도록 합니다. 용량성 프로브와 타겟 사이의 교류 전기장은 변화에 대해 모니터링되며 프로브와 타겟 사이의 커패시턴스를 측정하는 데 사용됩니다.

 

커패시턴스는 표면의 면적, 유전 상수 및 표면의 간격에 의해 결정됩니다. 대부분의 정전식 감지 응용 제품에서 정전용량형 센서와 대상의 크기와 면적은 변하지 않습니다. 전도성 표면 사이의 유전체 재료는 변하지 않습니다. 정전 용량의 변화를 담당하는 유일한 요인은 정전 용량 센서와 대상 사이의 거리 또는 간격입니다.

 

따라서 커패시턴스는 대상의 위치를 나타내는 지표입니다. 정전 용량 센서는 프로브와 대상 사이의 거리 변화에 해당하는 출력 전압을 생성하도록 보정되어 정전 용량이 변경됩니다. 이것을 정전용량형 센서의 감도라고 합니다. 정전식 센서의 감도는 정의된 거리 변화량에 대한 전압 변화량입니다. 일반적으로 사용되는 감도 설정은 1V/100 μ m, 즉 출력 전압은 거리가 1 μ m 변할 때마다 100V로 변경됩니다.

 

용량 성 센서 프로브는 감지 영역, 가드 및 본체의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다.

전위는 감지 영역에 적용됩니다. 정의된 감지 영역과 타겟 이외의 타겟 상의 영역으로 전기장이 확산되는 문제가 있습니다. 이러한 일이 발생하지 않도록 가드라는 기술이 사용됩니다.

 

이 기술에서, 보호 영역은 감지 영역의 측면과 후면을 둘러싸서 생성되며, 감지 영역과 동일한 전위로 유지된다. 가드와 감지 영역이 동일한 전위에 있기 때문에 둘 사이에는 전기장이 없습니다. 감지 영역 이외의 근접에 있는 다른 도체는 가드와 전기장을 형성합니다. 감지 영역과 해당 대상은 방해받지 않습니다.

이 가드 때문에 감지 영역의 전기장 투영은 본질적으로 원추형입니다. 프로브의 전기장은 센서 영역보다 약 30% 더 큰 대상 영역을 덮습니다. 따라서 표준 교정을 위해 감지 영역 직경의 30%로 최소 대상 직경을 갖는 것이 필수적입니다.

감지 프로브의 범위는 감지 영역의 크기에 정비례합니다. 원하는 정전 용량을 달성하기 위해 더 작은 프로브를 대상에 더 가깝게 배치해야 합니다. 프로브와 타겟 사이의 최대 허용 간격은 감지 영역 직경의 약 40%입니다. 이 외에도 프로브는 쓸모 없게됩니다. 여러 프로브를 동시에 사용하는 응용 분야가 있습니다. 이러한 응용 분야에서는 모든 프로브의 여기 전압을 동기화하는 것이 필수적입니다. 전압이 동기화되지 않으면 한 프로브가 전기장을 증가시키려고 시도하는 동안 다른 프로브가 전기장을 감소시키려고 할 수 있으므로 프로브가 서로 간섭합니다. 이것은 잘못된 판독을 제공합니다.

 

정전 용량 센서는 비전도성 타겟에도 사용할 수 있습니다. 비전도성 타겟의 유전 상수는 작동의 기초입니다. 플라스틱과 같은 비전도성 물질의 유전 상수는 공기와 다릅니다. 비전도성 재료가 두 전도판 사이의 유전체 매체로 사용될 때, 그 유전 상수는 도체 사이의 커패시턴스를 결정할 것입니다.

두 개의 전도성 플레이트는 센서 프로브와 접지된 전도성 기준입니다. 커패시턴스의 변화와 그에 따른 센서의 출력은 재료 두께, 밀도 또는 구성의 변화에 해당합니다.

나노미터 단위의 변위를 측정할 수 있는 고정밀 고성능 정전식 센서가 있습니다. 이 고성능 센서는 온도 변화에 안정적이며 선형 출력을 생성하며 고분해능을 제공합니다.

다른 비접촉 장치에 비해 용량 성 센서의 장점은 고해상도, 저렴하고 대상 재료에 민감하지 않다는 것입니다. 정전식 센서는 환경이 건조하거나 습하고 프로브와 대상 사이의 거리가 큰 조건에는 적합하지 않습니다.

 

유도형 위치 센서

유도형 센서는 대상이 본질적으로 전도성인 경우 대상 위치의 정밀 측정에 사용되는 비접촉식 장치입니다. 유도형 센서는 전도성 금속 표적을 인식하는 데 사용됩니다.

정전 용량 센서는 전도성 대상의 표면을 감지하기 위해 전기장을 사용합니다. 유도형 센서는 대상을 관통하는 전자기장을 사용합니다. 유도형 센서 프로브는 고주파 전자기장을 생성하는 발진기로 구성됩니다. 이 필드는 프로브의 감지면에서 방사됩니다.

 

이 필드가 전도성 금속 타겟과 접촉하면 금속 타겟 내에서 작은 전류가 유도됩니다. 이러한 전류는 프로브에서 발생하는 자기장을 방해하는 자체 전자기장을 생성합니다. 이로 인해 프로브 신호의 진동 진폭이 변경됩니다. 출력 전압은 이 변화에 맞게 보정할 수 있습니다. 프로브가 대상에 가까울수록 더 많은 전류가 프로브에서 발생하는 필드와 반응하고 출력이 더 커집니다.

정전식 센서와 달리 유도형 센서는 프로브와 대상 사이의 간격에 있는 재료와 무관합니다. 그러므로, 그들은 기름 또는 다른 액체가 틈에서 나타날 수 있는 적대적인 환경에서 사용될 수 있습니다.

 

표적의 재료는 유도형 센서에서 중요한 요소입니다. 알루미늄, 강철 및 구리와 같은 재료는 각각 센서에 다르게 반응합니다. 따라서 가능한 최고의 성능을 달성하기 위해 각 대상에 대해 센서를 보정해야 합니다.

일반적으로 유도형 센서에는 두 가지 유형의 타겟 재료가 있습니다. 그들은 철과 비철입니다. 철 재료는 본질적으로 자성을 띠고 비철 재료는 비자성입니다. 철 재료에는 철과 대부분의 강철 재료가 포함되며 비철 재료에는 아연, 알루미늄, 구리 및 황동이 포함됩니다. 일부 유도형 센서는 철 및 비철 대상 재료 모두에서 작동하는 반면 다른 센서는 한 가지 유형의 재료에서만 작동합니다.

 

프로브의 전자기장 유효 면적은 센서마다 다르기 때문에 표적의 크기도 중요합니다. 목표물의 단면적이 프로브 코일 직경의 300% 이상이어야 하는 것이 최소 요건입니다. 즉, 목표물의 표면적이 프로브 직경의 3배 이상이어야 합니다.

 

표적의 두께는 전자기장이 표적을 관통하여 전류를 생성하기 때문에 중요한 요소입니다. 타겟의 두께는 프로브를 구동하는 신호의 주파수에 따라 달라지며 주파수에 반비례합니다(예: 구동 주파수가 증가하면 타겟의 최소 두께가 감소함).

1MHz의 구동 주파수의 경우 일반적으로 사용되는 일부 대상 재료의 최소 두께는 다음과 같습니다.

• 철—0.6mm
• 스테인리스강 - 0.4mm
• 구리—0.2mm
• 알루미늄 - 0.25mm
• 황동 - 1.6mm

아날로그 출력 신호가 있는 유도형 센서는 나노미터 분해능, 짧은 응답 시간, 80KHz 이상의 주파수 응답, 반복 정확도 및 환경 오염 물질에 대한 내성으로 유명합니다.

유도형 센서의 출력 전압과 전류는 센서의 표면과 타겟 사이의 거리에 정비례하며, 즉 전압과 전류는 거리에 해당하는 절대 측정값을 나타냅니다. 이 속성은 다양한 응용 프로그램에서 사용됩니다.

 

선형 가변 차동 변압기(LVDT)

LVDT(Linear Variable Differential Transformer)는 일반적인 유형의 전자기계식, 고분해능, 접점 기반 선형 위치 변환기입니다. LVDT는 선형 거리를 측정하기 위한 가장 유용하고 신뢰할 수 있으며 정확한 방법 중 하나입니다. LVDT는 컴퓨터 제조, 공작 기계, 항공 전자 공학 및 로봇 공학에 사용됩니다.

 

선형 가변 차동 변압기는 전기 센서에 대한 위치입니다. LVDT는 3개의 코일(1차 코일 1개와 2차 코일 2개)로 구성됩니다. 움직일 수 있는 자석 핵심은 그림에서 보인 것과 같이 배치됩니다. 전기자라고도 하는 이 자기 코어는 LVDT의 1차 코일과 2차 코일 사이의 전류 전달을 제어합니다. LVDT의 출력은 코어의 위치에 비례합니다.

 

LVDT의 단면도는 아래와 같습니다.

 

자기 코어는 1차 코일과 원통형으로 감긴 2개의 동일한 외부 2차 코일로 구성된 변압기 내부에서 선형으로 움직입니다.

1차 코일이 교류로 여기되면 2차 코일에 전압이 유도됩니다. 2차 코일 전압은 축 방향으로 움직이는 코일 사이의 자기 코어의 위치에 따라 달라집니다. 출력 전기 신호는 2차 권선의 전압 차이와 같습니다. 따라서 출력 전압은 자기 코어의 선형 기계적 움직임에 비례합니다.

 

LVDT의 일반적인 트랜스포머 스타일 표현은 다음과 같습니다.

 

LVDT의 개략도는 아래와 같습니다.

LVDT 동작:

변압기의 1차 코일은 일정한 진폭의 교류 소스를 인가하여 통전됩니다. 이는 자기장을 생성하며, 개발된 자속은 중앙의 자기 코어에 의해 2차 코일 S1 및 S2에 결합됩니다. 2차 코일은 서로 위상이 맞지 않게 감겨 있습니다. 따라서 코어의 위치가 두 개의 2차 코일 사이의 정확한 중간에 있을 때, 동일한 양의 자속이 S1과 S2에 결합됩니다. 각 2차 코일 V1 및 V2에서 유도되는 전압은 동일합니다. 따라서 출력 차동 전압 Vout은 0과 같습니다.

 

V1 = V2

그리고

Vout = V1 – V2 = 0

 

코일이 중심에서 멀어지면 각 보조 코일에 유도되는 전압이 다릅니다. 코어가 S1 쪽으로 이동하면 S1과 결합된 자속이 S2와 결합된 자속보다 커집니다. 따라서 유도 전압 V1은 증가하고 V2는 감소합니다.

 

차동 출력 전압 Vout = V1 – V2.

 

자기 코어 또는 전기자가 2차 코일 S2 쪽으로 이동하면 S2와 결합된 자속이 S1보다 커집니다. 그리고 유도 전압 V2는 증가하는 반면 V1은 감소합니다.

 

그러므로

출력 전압 Vout = V2 – V1.

 

출력 신호의 위상은 코어의 위치를 결정할 수 있습니다.

 

단순히 LVDT의 출력 전압은 2차 코일 사이에 불일치가 있거나 누설 인덕턴스가 있는 경우 코어의 위치를 결정하지 않습니다. 신호 컨디셔닝 회로는 이러한 어려움을 제거하는 데 유용합니다.

 

일반적인 LVDT는 아래와 같습니다.

 

신호 컨디셔닝 회로가 있는 LVDT는 아래와 같습니다.

두 출력 신호의 절대값을 뺀 추가 필터링 및 증폭 회로로 구성됩니다. 절대값 회로는 다이오드 커패시터 정류기로부터 형성될 수 있다. 필터는 두 2차 전압의 진폭을 감지하는 데 사용됩니다. 이 기법은 중심 위치에 대한 양의 변화와 음의 변화를 모두 측정하는 데 유용합니다.

 

LVDT는 여러 면에서 위치 센서로서 전위차계에 비해 큰 이점이 있습니다. 마그네틱 코어가 코일에 닿지 않기 때문에 코일과 코어 사이에 기계적 접촉이 없습니다. 따라서 마찰 없는 작동이 이루어지며 테스트 및 고해상도 장치에 유용합니다. 이것은 또한 더 긴 작동 수명에 중요한 요소입니다.

전자기 결합 원리와 마찰 없는 작동으로 인해 LVDT는 극소의 작은 변화를 측정할 수 있습니다.

 

유도감응형 근접 센서

유도감응형 근접 센서는 저가형, 솔리드 스테이트 및 비접촉 기반 장치입니다. 그들은 기본적으로 본질적으로 철 및 비철 인 금속 물체를 감지하는 데 사용됩니다. 유도형 근접 센서의 기본 구성 요소는 코일, 발진기, 감지 회로 및 출력 회로입니다.

 

교류가 코일을 통과하면 고주파 자기장이 생성됩니다. 금속 물체가 이 필드에 가까이 오면 코일의 인덕턴스가 변경됩니다.

자기장에 의해 물체에 유도된 와전류는 진동의 진폭을 변화시킵니다. 복조기는 진폭의 변화를 감지하여 DC 신호로 변환합니다. 이 DC 신호는 트리거와 출력단 스위치를 트립합니다.

추가 장비 없이 유도형 근접 센서는 전자기 클러치, 브레이크 및 밸브를 작동할 수 있습니다. 센서를 작동시키기 위해 모든 모양과 크기의 금속 또는 공압 실린더 또는 공작 기계 캐리지 또는 드릴 비트를 사용할 수 있습니다.

유도감응형 근접 센서는 기름, 물, 먼지 등과 같은 비금속 물체를 무시합니다. 충격 환경에서 견디며 단락에 강합니다.

그들은 제품 계산을 위한 산업 자동화, 금속 탐지기와 같은 보안 시스템, 지뢰 및 기타 무기를 탐지하는 군사 응용 분야에서 사용됩니다.

 

홀 효과 기반 자기 위치 센서

자기 위치 센서는 지구, 전류, 자석 및 뇌파 활동에서 발생하는 자기장의 강도 또는 방향 또는 존재를 감지하여 물체의 위치를 결정하는 데 사용됩니다. 자기 위치 센서는 비접촉 장치이며 많은 산업 및 내비게이션 시스템에서 매우 중요합니다.

 

자기장은 크기와 방향을 모두 가진 벡터량입니다. 일부 센서는 크기를 측정하지만 자기장의 방향은 측정하지 않습니다. 이들은 스칼라 센서입니다. 다른 센서는 주요 민감한 축을 따라 자화 구성 요소의 크기를 측정합니다. 이들은 단방향 센서입니다. 일부 센서에는 크기와 함께 필드의 방향이 포함됩니다. 이들은 양방향 센서입니다.

 

홀 효과 센서는 자기장 센서이며 위치, 압력, 전류, 온도 등을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

 

일반적인 홀 효과 센서는 아래와 같습니다.

 

홀 효과 장치는 위치 센서로 사용될 때 매우 정확하고 저렴할 수 있습니다. 홀 효과 센서는 전도성 재료의 얇은 시트로 구성된 홀 요소로 구성됩니다. 홀 요소의 출력 연결은 전류 흐름 방향에 수직입니다. 홀 효과 센서가 자기장에 노출되면 자기장의 강도에 비례하는 출력 전압과 반응합니다. 신호 컨디셔닝 회로와 같은 추가 전자 회로는 원래 출력 전압이 매우 작기 때문에 유용한 전압 레벨을 달성해야 합니다. 따라서 기본 홀 효과 센서는 집적 회로의 신호 조절 회로와 결합된 홀 요소로 구성됩니다.

 

홀 효과의 원리는 "전류가 흐르는 도체가 자기장에 놓이면 전류와 자기장 모두에 수직 인 전압이 생성된다"고 말합니다.

전도성 물질의 얇은 시트를 고려하십시오. 전류가 이를 통과하고 출력 연결은 전류 흐름 방향에 수직입니다.

자기장이 없으면 전류 분포가 균일하고 출력에 전위차가 없습니다.

전류 방향에 수직 인 자기장이 존재하면 로렌츠 힘이 전류에 가해집니다. 이 힘은 전류 분포를 방해하고 출력에서 전위차를 발생시킵니다.

홀 효과 기반 위치 센서는 디지털 및 아날로그 출력과 함께 사용할 수 있습니다. 디지털 출력 센서에서 출력은 ON 상태 또는 OFF 상태입니다. 디지털 홀 효과 센서는 바이폴라와 유니폴라의 두 가지 유형이 있습니다. 바이폴라 센서는 작동하려면 남극인 포지티브 가우스와 방출할 북극인 네거티브 가우스가 필요합니다. 방출은 포지티브 가우스 또는 남극을 센서에서 멀리 이동시켜 얻습니다. 단극 센서가 작동하려면 단일 자극이 필요합니다.

 

아날로그 출력 센서에서 출력 전압은 연속적이며 자기장의 강도에 따라 달라집니다. 출력 전압은 각각 강한 자기장 또는 약한 자기장에 따라 증가하거나 감소합니다. 그들은 자극 중 하나에 근접하여 작동합니다.

 

홀 효과 기반 위치 센서의 다음 배열을 고려하십시오.

 

디지털 출력이 있는 4개의 단극 센서로 구성되며 이 4개의 센서는 함께 연결되어 알루미늄 케이스에 들어 있습니다. 이 센서는 유압 시스템에 연결된 4개의 개별 마그네틱 액추에이터에 의해 작동됩니다. 센서는 기준 표면에서 측정된 거리를 나타내는 이벤트 신호를 생성합니다. 이러한 신호는 테스트 대상 물체가 전기 신호를 생성해야 하는 허용 가능한 한계를 정의합니다.

다음 설정은 0.002인치의 선형 위치 지정 정확도를 달성하는 데 사용됩니다. 디지털 출력이 있는 4개의 바이폴라 센서로 구성됩니다. 로드에 장착된 자석에 의해 작동됩니다.

홀 효과 센서의 장점은 긴 수명, 고속 및 -40 0C에서 150 0C의 온도 범위입니다.

 

와전류 기반 위치 센서

와전류 센서는 전도성 대상의 위치, 변위, 진동 및 진동을 측정하는 데 사용되는 비접촉식 장치입니다. 와전류 센서는 높은 정밀도가 요구되고 작동 환경이 열악한 응용 분야에 사용됩니다.

 

와전류 센서는 자기 유도 원리로 작동합니다. 간단한 와전류 센서는 드라이버와 감지 코일로 구성됩니다. 교류가 코일을 통과하면 교류 자기장이 생성됩니다. 타겟이 이 필드와 접촉하면 타겟에 작은 전류가 유도됩니다. 이러한 전류를 와전류라고 합니다. 대상의 와전류는 센서의 필드에 반대하고 필드에 저항하는 필드를 생성합니다. 센서와 대상 사이의 거리는 두 자기장의 상호 작용 요소입니다. 따라서 출력 전압은 거리에 따라 달라지는 필드 상호 작용의 변화에 따라 보정됩니다.

 

대상의 표면적은 프로브 직경의 3배 이상이어야 합니다.

와전류 센서의 장점은 저렴하고 가혹하고 더러운 환경에 대한 내성, 크기가 작고 센서와 대상 사이의 간격에 사용되는 재료 유형에 민감하지 않다는 것입니다.

와전류 센서는 고해상도가 필요하고 센서와 대상 사이의 간격이 큰 응용 분야에서 덜 유용합니다.

 

로터리 엔코더

로터리 엔코더는 각운동을 아날로그 값 또는 디지털 코드로 변환하는 전기 기계 장치입니다. 샤프트 인코더라고도합니다. 로터리 엔코더는 엔코더의 샤프트 또는 액슬이 회전할 때 가치를 제공합니다. 회전 각도에 비례하는 출력 신호가 생성됩니다. 출력 신호에 따라 증분과 절대라는 두 가지 유형의 인코더가 있습니다.

 

인크리멘털 엔코더의 출력은 구형파 형태이며 샤프트의 모션에 대한 정보를 제공합니다. 이 정보는 속도, 위치, 거리 및 RPM으로 처리됩니다.

앱솔루트 엔코더의 출력은 위치의 절대 측정 형태, 즉 샤프트의 현재 위치를 나타냅니다. 이것은 그들을 각도 변환기로 만듭니다. 증분형 엔코더와 앱솔루트 엔코더는 모두 광학 및 기계의 두 가지 구조 설계로 제공됩니다.

기계적 모션을 디지털 정보로 처리해야 하는 응용 분야에서 가장 인기 있는 센서는 증분형 엔코더입니다.

증분형 엔코더의 구조는 아래와 같습니다.

 

인크리멘털 엔코더는 샤프트의 회전 변위에 비례하는 펄스 스트링의 출력을 제공합니다. 즉, 엔코더의 샤프트가 회전할 때만 출력을 제공합니다. 회전량을 결정하기 위해 출력 펄스 수를 계산하는 카운터가 사용됩니다. 특정 입력 샤프트 위치에서 인코더가 회전량을 감지하기 위해 카운터의 카운트는 기준 위치에서 재설정되고 해당 위치에서 펄스 수가 카운터에 의해 추가됩니다. 기준 위치는 어디에나 있을 수 있으며 개수는 무제한일 수 있습니다.

 

인크리멘털 엔코더는 단일 채널 엔코더와 구적 엔코더의 두 가지 채널 유형으로 제공됩니다. 시스템이 한 방향으로 회전하면 단일 채널 인코더가 사용됩니다. 이를 일반적으로 회전 속도계라고 하며 위치 및 속도 정보만 제공합니다. 구적 엔코더에는 900 위상 분리된 두 개의 출력 신호가 있습니다. 따라서 구적 엔코더는 복잡한 모션 애플리케이션을 위한 고속 양방향 정보를 제공합니다.

 

인크리멘털 옵티컬 엔코더는 높은 RPM과 높은 정밀도를 계산하는 응용 분야에 사용됩니다. 기계식 증분형 엔코더는 일반적으로 디지털 전위차계로 사용되며 디바운싱이 필요합니다.

 

앱솔루트 엔코더는 샤프트의 각 각도에 대해 고유한 바이너리 코드 출력을 생성합니다. 코드는 그레이 코드, 초과 그레이 코드 또는 자연 바이너리 코드일 수 있습니다. 샤프트 위치는 정전 후에도 앱솔루트 엔코더의 경우 항상 알 수 있습니다.

앱솔루트 엔코더의 구조는 아래와 같습니다.

 

광학 앱솔루트 엔코더는 불투명하고 투명한 영역이 있는 유리 또는 플라스틱 디스크로 구성됩니다. LED 및 어레이 광 검출기와 같은 광원은 언제든지 디스크의 위치에서 발생하는 광학 패턴을 읽는 데 사용됩니다.

 

광학 위치 센서

광학 센서는 빛 신호를 전기 신호로 변환합니다. 비접촉식 센서입니다. 광 저항기와 유사하며 물리량을 측정하고 적절한 장비로 읽을 수 있는 형태로 변환합니다. 광학 센서는 온도, 압력, 유량, 액체 레벨, 변위, 위치, 회전, 진동, 가속도, 힘, 속도, 변형률, 방사선, pH, 자기장, 전기장, 음장과 같은 물리적 측정값을 측정할 수 있습니다.

일반적으로 광학 센서를 사용하는 시스템에는 광원, 측정 장치 및 광학 센서의 세 가지 하위 시스템이 포함됩니다. 이것은 광 센서의 신호 변화에 반응하는 전기 트리거에 연결됩니다.

광학 위치 센서의 예로는 PSD(Position Sensitive Detector)가 있습니다. 위치 감지 감지기는 입사광의 위치 데이터를 감지합니다. 위치 감지 감지기는 매우 작은 위치 변화를 추적할 수 있습니다. 위치 감지 감지기는 고속 응답, 높은 신뢰성 및 높은 위치 분해능을 제공할 수 있습니다.

 

광섬유 위치 센서

광섬유 센서는 광섬유를 감지 장치로 사용합니다. 온도, 변형률, 압력, 변위, 속도 및 가속도를 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 광섬유 위치 센서는 근위 거울 표면의 움직임으로 인해 광섬유 내부의 빛의 역반사율을 사용합니다. 광섬유 위치 센서는 전자기 복사, 자기장, 번개 및 기타 여러 열악한 환경 조건에 영향을 받지 않습니다. 일반적으로 장거리 위치 감지에 사용됩니다.

광섬유 위치 센서는 수동 센서와 능동 컨트롤러에 내장된 광학 기술의 두 부분으로 구성됩니다. 이 둘은 전이중 광섬유 링크로 연결됩니다. 컨트롤러는 빛 신호를 보내는 데 사용됩니다. 바코드 디스크와 유사한 형태로 빛의 폭발을 전송합니다. 디스크가 회전하고 디스크의 코드 인시던트는 모든 위치에서 고유합니다. 특정 파장에서만 막대가 빛을 반사하고 특정 색상의 빛이 별도의 광섬유 케이블을 통해 컨트롤러로 반환됩니다. 빛은 파장에 대해 컨트롤러에서 분석되고 적절한 이진 출력이 생성됩니다.

 

광섬유 센서는 두 가지 유형이 있습니다.:내부 및 외부 센서.

고유 센서에서 측정은 감지 광섬유의 전송 특성을 변조합니다. 속성은 강도, 편광, 위상 등입니다.

외부 센서에서 변조는 광섬유 외부에서 발생합니다. 여기서 광섬유는 센서 헤드에서 빛을 전달하는 도관 역할을 합니다.

 

광섬유 위치 센서의 장점은 다음과 같습니다.

• 전자기 방사선에 면역.
• 전기 절연 재료로 구성됩니다.
• 넓은 온도 범위.
• 신호를 다중화하는 기능.