01_Sen_ distance (774997), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Схемы построения магнитоуправляемых датчиков (рис.А17-7.1):

Двухкоординатный датчик линейного перемещения состоит из 2-х или 4-х магниторезисторов.

I I

U(y) I I I

U(y)

U (x) I У

Магнитная система U(x) Х

Рис. Схема 2-хкоординатного датчика перемещения

(2-хквадрантного и 4-хквадрантного).

Подключенные к источнику тока магниторезисторы плеч датчика расположены под 90 град. Если магнитное поле перемещается вдоль оси Х, то пропорционально изменяются сопротивления горизонтальных резисторов, а сопротивления вертикальных резисторов остаются без изменения. Перемещение магнитного поля вдоль оси У вызывает изменение сопротивления вертикальных резисторов. Т.о. перемещение в произвольном направлении на плоскости ХОУ объекта, связанного с магнитным полем, выявляется напряжениями U(y) и U(x). l  R  U.

Рис. Магниторезистивный датчик ф. Honeywell.

Магнитострикционный датчик использует возмущение, создаваемое перемещающимся вместе с объектом постоянным магнитом. Фаза отраженного сигнала зависит от позиции объекта.

Рис. Магнитострикционный датчик перемещений.

Емкостные датчики

В них используют зависимость емкости конденсатора от площади S, взаимного расположения его обкладок (  ) и диэлектрической проницаемости  среды.

С = ₀  S /  .

Варианты реализации (рис.А11-11.15):

а - подвижная обкладка дает нелинейную зависимость С = f () , (до 1 мм),

б - дифференциальный датчик линеаризует характеристику,

в - дифференциальный датчик с переменной площадью пластин s

реализует зависимость C = f ( s ). Характер зависимости формируется

профилированием пластин.

Рис. Емкостной датчик нормальных (Δ) и сдвиговых (ΔS) перемещений

Рис. Емкостной датчик перемещений с цилиндрическими обкладками (К – диэлектрическая проницаемости среды между цилиндрическими поверхностями).

Дифференциальный датчик, будучи включен в мостовую схему преобразования, позволяет избавиться от зависимости общих для обеих емкостей факторов (влаги, газового состава воздуха), изменяющих диэлектрическую проницаемость  (К).

Дифференциальный датчик фирмы Motorola реализован на кремниевых пластинах, куда встроены устройства обработки информации. Срединная, тонкая пластины (в виде мембраны) расположена на растяжке. Она сдвигается под действием нормальных инерциальных сил. Это используется для акселерометров - измерителей ускорения. На датчик подается прямоугольный импульс тока I длительностью t . Напряжение на конденсаторе: U = I t / C. l  С  U.

Для постоянного или медленно меняющегося параметра емкостной датчик включается в резонансный контур: l  С f .

Емкостной датчик приближения аналогичен индуктивному и используется для немагнитных объектов.

Рис. Емкостной датчик приближения для проверки наличия объектов в контейнере.

Оптические датчики.

Простейший фотоэлектрический датчик положения строится по принципу “визирных линий” от источника света к фотоприемнику. Используются эффекты погложения энергии фотоприемником, прерывания «линии», отражения луча.

Линейка фотоприемников располагается напротив линейки излучателей. Номер оптронной пары, между которой оказался объект, дает информацию о его положении относительно линейки. Аналогичный эффект достигается с помощью сканирующего источника излучения и таймера.

Для контроля перемещения или искривления телескопического манипулятора робота на противоположных концах манипулятора располагают источник света и фоточувствительную матрицу. Элемент матрицы показывает, в какой квадрант сместился луч. Аналогичный датчик используется для позиционирования сканирующего туннельного микроскопа. Четырех квадрантов достаточно для следящей системы, чтобы выбрать направление дорегулирования.

Рис. Схема индикации положения руки робота.

Рис. Блок-схема пьезоэлектрического силового микроскопа (Piezo-response Force Microscopy).

На рисунке показан принцип работы оптического датчика расстояния. Лазер посылает через линзу луч, который отражается от объекта и фокусируется на линейке из фотодиодов, которая преобразует световой сигнал в электрический. Всякое изменение расстояния до объекта вызывает изменение угла отраженного луча и, следовательно, позиции, которую отраженный луч занимает на линейке фотодиодов. Микроконтроллер обрабатывает сигнал от линейки фотодиодов и преобразует его в аналоговый электрический сигнал.

Фоторезистивные (Photoresistor) датчики отслеживают перемещение луча от источника, закрепленного на объекте. Сфокусированный луч активизирует часть фоторезистивного покрытия – индивидуальную ячейку (cell). Матрица (Array) ячеек позволяет определить направление смещения луча. Четырехквадрантная матрица (Four Quadrant Array) определяет положение объекта на плоскости. В фотопотенциометрическом датчике фоторезистор выполняет функцию контакта движка реостата: шунтирует часть линейного резистора (linear resistor).

Рис. Фоторезистивные толстопленочные датчики положения: матрица фоторезисторов (Photoresistor), четырехквадрантная матрица (Four Quadrant Array), фотопотенциометрический (Potentiometric) датчик положения.

Фотодатчик с муаровым эффектом содержит между источником света 2 и фотоприемниками 4 и 6 две линейки 1 и 3 с большим количеством штрихов (рис.А45-6.3). Подвижная короткая линейка 2 имеет небольшой наклон. В местах пересечения штрихов двух линеек наблюдаются муаровые полосы, которые перемещаются сверху вниз в зависимости от направления движения объекта, чем изменяют амплитуду фототока. Через каждый шаг между штрихами световой поток перекрывается, формируя импульсы. Сигналы фотоприемников 1 и 3 различаются по фазе. По числу импульсов вычисляется величина сдвига объектов, на которые установлены линейки 1 и 2. l,  I_max   U.

При измерении малых размеров используют лазерные интерферометры.

Счетчик Фотоэлемент

Ф₂ Ф₁ Полупрозрачное зеркало (1)

Объект Ф Лазер

Ф₂ Ф₁

Отражающее зеркало (2)

Рис. Схема лазерного интерферометра для измерения перемещений ОУ.

В фотоприемнике производится сложение 2-х световых потоков, излучаемых лазером : 1-ый поток проходит постоянный путь, путь 2-ого зависит от измеряемого расстояния. Сложение потоков (интерференция) приводит к усилению или ослаблению суммарного потока в зависимости от разности фаз потоков, т.е. расстояния. Разность измерений в 2-х точках даст расстояние между ними. Световой поток Ф лазера разделяется на 2 потока Ф₁ и Ф₂ с помощью полупрозрачного зеркала (1). Поток Ф₁ , отражаясь от зеркала (2) попадает на фотоэлемент. Поток Ф₂ проходит через зеркало (1), отражается от объекта и от зеркала (1) также попадает на фотоэлемент. В фотоэлементе потоки суммируются. При изменении расстояния до объекта интенсивность суммарного потока будет изменяться, что вызовет модуляцию фототока. Счетчик определяет число периодов k фототока. Величина перемещения объекта l : l = k  / 2 , где  - длина волны света. l --> k.

Характеристики

Список файлов лекций