Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 52
Текст из файла (страница 52)
по времени прохождения сигнала. Основная идея аналогична той, что использована в методе с применением лазерных импульсов. Ультразвуковой сигнал передается за короткий промежуток времени и, так как скорость звука известна для определенной среды, простое вычисление, включающее интервал времени между посылаемым и отраженным сигналами, дает оценку расстояния до отраи.ающей поверхности. В ультразвуковой измерительной системе, выпускаемой фирмой Ро!иго|0, сигнал длительностью ! мс, состоящий из 56 импульсов четырех частот (50, 53, 5? и 60 кГц), передается датчиком диаметром 38 мм.
Сигнал, отраженный объектом, улавливается тем же датчиком и, проходя через усилитель н схему индикации, способен измерять расстояние в диапазоне — 0,3 — 10 м с точностью до 2,5 см. Смешанные частоты в сигнале используются для улуппения устойчивости сигнала. Отклонение в направленности этого прибора составляет 30', что приводит к ограничениям его использования для получения изображения систем, рассмотренных выше в данном разделе. Это является обычной проблемой при использовании ультразвуковых датчиков, и поэтому они применяются преимущественно в навигации и для обхода препятствий. Конструкции и рабочие характеристики ультразвуковых датчиков обсуждены более подробно в равд.
6.3. 6.3. ОЧУВСТВЛЕНИЕ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ Датчики измерения в дальней зоне, описанные нами выше, дают оценку расстояния между датчиком и отражаюпгим объектом. Датчики измерения в ближней зоне обычно имеют дискретный пороговый выходной сигнал, который определяет на- гуавк акт ггариьа лапушка у(авлетрик бввсгаквиив а Свгалькоа" али жвлгзкый крвльквск глваг гчаскиягиье сильсьгв ликии Рнс 6,8. Индухгннный дзгчнх (а), форма магнитных линий прн агсугстннв ферромзгнетнхз (б) н форма магнитных линий прн нзлнчнн ферромзгнетннв з зоне измерения датчика (в) [381 личие объекта в пределах установленного пространства, Типичным является использование таких датчиков в робототехнике для получения информации в ближней зоне при захвате объекта или при его обходе.
В настояшем разделе рассматриваются несколько основных методов очувствления в ближней зоне и основные рабочие характеристики датчиков. 6.3.1. Индуктивные датчики Датчики, основанные на изменении индуктивности при взаимодействии с металлическим объектом, находятся в ряду наиболее широко используемых промышленных датчиков измере- 306 ния в ближней зоне. Принцип работы этих датчиков можно объяснить, используя рис.
6.8 и 6.9, На рис. 6.8, а представлена схема индуктивного датчика, который состоит из катушки, раз. мещенной вслед за постоянным магнитом в корпусе. Когда датчик приближается к ферромагнитному материалу, изменяется расположение силовых линий постоянного магнита, (рис. 6.8,б и в). При отсутствии движения силовые линии не изменяются Вьгсачая скврьсягь и, следовательно, в катушке ток не индуцирует- м~ ся. Однако, если в поле ~Ф постоянного магнита пе- Время ремещается ферромагнитный материал, возникающее в результате этого изменение силовых линий индуцирует импульс тока, амплитуда и форма которого пропорциональны уровню изменения магнитного поля.
Изменение вапряже- 9 ния на выходе катушки обеспечивает эффектив- Д иое очувствление в ближ- 68 ней зоне. На рис. 6.9, а ~$ 4е показано изменение на- я ~$ пряжения в катушке взависимости от скорости, с которой ферромагнетик д 63бб ()яд г)убгу вводится в поле магнита.
Рассягвякив между вбзекигам и Полярность выходного Атчиквлг, лгяг напряжения датчика за- висит От ТОГО, входит Рнс. 6.9. Зззнснмосгн выходного сигнала объект в поле или выхо- нндунгняного датчика ог скорости (а) н дит из него. На рис 6.9,б (б) показана зависимость амплитуды напряжения от расстояния между датчиком и объектом. Из этого рисунка видно, что чувствительность резко падает с увеличением расстояния и датчик эффективен только на расстояниях — 1 мм. Так как для получения выходного сигнала на датчике требуется наличие относительного движения датчика и объекта, одним из методов получения дискретного порогового сигнала является интегрирование выходного сигнала.
Пороговый сигнал остается на нижнем уровне, пока значение интеграла 307 6.3.2. Датчики Холла лГаякигс Хама 6.З.З. Емкостиые датчики 308 остается ниже установленного порога. После превышения по- рога выходной сигнал переходит на верхний уровень, что соот- ветствует наличию объекта в зоне измерений. Из физики известно, что эффект Холла связывает напряжение между двумя точками в проводнике или полупроводниковом материале с магнитным полем, воздействующим на этот материал.
Используемые сами по себе датчики Холла могут уловить только намагниченные объекты. Однако, если их использовать вместе с постоянным магнитом, как показано иа рис. 6.10, они способны установить наличие всех ферромагнитных материалов. Используемый таким образом датчик Холла Рис, 810, нанета датчика Холла (л), снабженного постоянным магнитом (б). «чувствует» сильное магнитное поле при отсутствии ферромагнетика в ближней зоне (рис.
6,!О, а). Если такой материал вносят в ближнюю зону действия прибора, магнитное поле иа датчике ослабевает вследствие замыкания линий поля через материал (рис. 6.10,б). Датчики Холла основаны на возникновении силы Лоренца, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Эта сила направлена по осн, перпендикулярной плоскости, образованной направлением движения заряженной частицы и направлением поля.
Таким образом, сила Лоренца опре. деляется как Г = г)(н,к, В), где г) — заряд, и — вектор скорости,  — вектор магнитного поля, а яг', — знак пересечения векторов. Предположим, например, что ток проходит через полупроводник п-типа, который находится в магнитном поле (рис. 6.11). Помня„что электроны являются основными носителями в ма- териалах п-типа н что движение дырочного тока противоположно потоку электронов, ясно, что сила, действующая на движущиеся отрицательно заряженные частицы имела бы направление, показанное на рис. 6.11.
Эта сила действует на электроны, которые скапливаются в нижней части материала. Таким образом возникает напряжение, которое в данном случае имеет положительный знак в верхней части материала. Прн внесении ферромагнетика в зону действия полупроводникового магнитного прибора напряженность магнитного поля увеличивается. Следовательно, уменьшается сила Лоренца, н в итоге— напряжение на полупроводнике. На этом падении напряженна Рис. 8.! 1. Воэннкноиение аффекта Холла, и основан принцип измерения в ближней зоне датчиками Холла. Дискретный выходной сигнал, определяющий наличие объекта, реализуется пороговым ограничением выходного напряжения датчика.
Отметим, что использование таких полупроводников, как кремний, имеет ряд преимугцеств с точки зрения размеров, точности и устойчивости к влиянию электрических помех. Кроме того, использование полупроводниковых материалов позволяет установить электронную схему усиления и обработки сигналов непосредственно на датчике, уменьшая таким образом его размер и стоимость. В отличие от индуктивных датчиков и датчиков Холла, которые идентифицируют ферромагнитные материалы, емкостные датчики обладают способностью (с различной степенью чувствительности) обнаруживать все твердые и жидкие материалы.
Как видно из их названия, эти датчики основаны на изменении емкости, которая зависит от расстояния до новерхностн объекта в зоне действия чувствительного элемента. ,даооЬтй туол а леклгттод ду.сои доодум еклуаик Уудслгдилжлак ай елеклгаод де талое ттеаларукг~ая смола ллалтл Рис. 632 Емкостной датчик измерения в ближней зоне [381. Рнс 6.13, Зависимость про. иентного изменения емкости датчика в ближней зоне от расстояния (381. 310 Основные компоненты емкостного датчика показаны на рис.
6.12. Чувствительным элементом является конденсатор, состоящий из чувствительного электрода и базового электрода [ими могут быть, например, металзо лический диск и кольцо, разделенные диэлектриком). За емкостиым элементом обычно помещают воз!я душную полость для обеспечения изоляции. В состав датчика может сжала входить также электронная схема. иг В этом случае схему заплавляют в смолу, чтобы обеспечить ее гермстичность и механическую защиту. Существует ряд методов обна- ружения в ближней зоне, основан- ~о н ных на изменении емкости, В оддгтссжаялиег жлс ном простейшем методе конденсатор представляет собой элемент колебательного контура, колебания в котором возникают только в том случае, если емкость датчика превышает заданное пороговое значение. Колебания преобразуются затем в выходное напряжение, которое указывает на присутствие объекта в зоне измерения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
