변위센서, 위치센서의 유형과 측정시스템

변위 및 위치 센서의 유형

근접 프로브, 선형 가변 차동 변압기(LVDT) 및 회전식 가변 차동 변압기(RVDT)는 위치 측정에 널리 사용되는 센서입니다. 그러나 엔코더 및 스트링 전위차계를 포함하여 위치를 측정하는 다양한 방법이 있습니다.

그림 1. 와전류 근접 프로브는 상대 근접을 측정하는 센서입니다.

 

와전류 근접 프로브는 상대 근접을 측정하는 센서입니다. 전압 변화를 사용하여 회전하거나 왕복하는 샤프트 표면을 측정합니다. 근접 프로브는 비접촉식 트랜스듀서이기 때문에 베어링 하우징과 같이 합리적으로 고정된 기계적 구조에 장착됩니다. 장착 지점에서 움직이는 기계의 정적 및 동적 변위 거동을 측정합니다.

움직이는 기계 부품 사이의 공극과 같은 동적 위치를 측정하려는 경우 근접 프로브 측정 유형을 사용합니다.

 

그림 2. LVDT는 변압기의 원리로 작동하며 고정 코일 어셈블리와 이동식 코어로 구성됩니다.

 

LVDT는 변압기의 원리로 작동하며 고정 코일 어셈블리와 이동식 코어로 구성됩니다. LVDT는 코어의 주어진 위치에 대한 특정 신호 값을 연결하여 변위를 측정합니다. LVDT 신호 컨디셔너는 1차 출력 신호에 대한 사인파를 생성하고 2차 출력 신호를 동기적으로 복조합니다. 복조된 출력은 저역 통과 필터를 통과하여 고주파 리플을 제거합니다.

결과 출력은 코어 변위에 비례하는 DC 전압입니다. DC 전압의 부호는 변위가 왼쪽인지 오른쪽인지를 나타냅니다. 다른 유형의 변위 변환기에 비해 LVDT 변환기의 주요 장점은 높은 수준의 전력입니다.

RVDT는 LVDT의 회전 버전이며 일반적으로 ±30°–70°의 각도 범위에서 작동합니다.

 

 

변위 및 위치 센서에 적합한 측정 시스템 설계

여기

LVDT는 일반적으로 50Hz에서 25kHz 사이의 10차 코일에 AC 여기 소스가 필요합니다. 신호의 주파수는 코어 모션의 최고 예상 주파수보다 최소 <>배 커야 합니다.

근접 프로브에는 여기가 필요합니다.

그러나 소스는 센서에 포함되어 있으며 신호 컨디셔닝 하드웨어에서 필요하지 않습니다.

 

다이내믹 레인지

동적 범위는 장치가 측정할 수 있는 최대 입력 신호를 기준으로 신호를 측정할 수 있는 크기를 측정한 것입니다. 데시벨로 표현되는 동적 범위는 20로그(Vmax/Vmin)입니다.

예를 들어, 입력 범위가 ±10V이고 동적 범위가 110dB보다 큰 장치는 전압 비율이 106일 수 있습니다. 따라서 최대 신호가 10V 인 경우 장치에서 볼 수있는 가장 작은 신호는 10μV입니다. 따라서 필요한 동적 범위는 시스템의 하드웨어를 선택하는 데 중요합니다.

 

전압 범위

근접 프로브는 많은 일반 센서보다 훨씬 높은 15–30V에서 출력 전압 레벨을 제공합니다.

선택하는 수집 하드웨어가 센서의 전압 출력 범위에 적합해야 합니다.

 

필터링

올바른 주파수 범위를 샘플링하려면 샘플러와 ADC 앞에 저역통과 필터를 추가합니다. 이렇게 하면 더 높은 주파수 노이즈를 감쇠하고 샘플링 속도를 초과하는 이러한 앨리어싱 구성 요소가 측정을 왜곡하지 않습니다.

 

변위 및 위치 센서를 위한 NI 측정 시스템

내쇼날인스트루먼트는 센서 유형, 여기, 전압 범위 및 어플리케이션의 기타 요구에 따라 다양한 신호 컨디셔닝 플랫폼을 제공합니다.

 

PXI

그림 3. 고성능 PXI 플랫폼은 와전류 프로브와의 근접성을 측정하는 데 권장됩니다.

고성능 PXI 플랫폼은 와전류 프로브와의 근접성을 측정하는 데 권장됩니다. 근접 센서용 PXI 모듈은 최고 ±42 V의 입력 전압과 최고 204.8 kS/s의 동시 샘플된 입력을 제공합니다.

모듈에는 소리, 진동 및 근접 센서와 같이 매우 큰 동적 범위를 가진 변환기로 정밀 측정을 수행하는 데 필요한 소프트웨어 및 하드웨어가 포함되어 있습니다.

 

NI 컴팩트DAQ

 

그림 4. NI CompactDAQ은 휴대용 및 저비용 근접 측정을 위한 최상의 솔루션입니다.

 

NI CompactDAQ은 휴대용 및 저비용 근접 측정을 위한 최상의 솔루션입니다. 근접 측정을 위한 NI 9229 모듈은 ±60 V 입력 범위, 128 dB 다이나믹 범위, 앨리어스 제거 필터링, 채널간 절연, 동시 샘플되는 50 kS/s/ch를 제공합니다.

고속의 정확한 상태로 설계된 이 모듈은 분해능, 샘플 속도 및 입력 범위로 인해 효과적인 범용 아날로그 모듈이기도 합니다.