Cảm biến vị trí là gì?

Cảm biến vị trí là cảm biến được sử dụng trong thiết bị nhằm đo khoảng cách di chuyển của vật thể tới vị trí tham chiếu. Cảm biến xác định vị trí bằng cách đo vị trí tuyến tính hoặc góc trong tham chiếu đến một điểm cố định hoặc tham chiếu tùy ý. Cảm biến cũng có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện hay vắng mặt của một vật thể. Nếu thông tin vị trí hoặc khoảng cách được kết hợp với các phép đo thời gian, thì tốc độ, vận tốc và gia tốc có thể được tính cho điều khiển chuyển động.

Nếu thông tin vị trí hoặc khoảng cách được kết hợp với các phép đo thời gian, thì tốc độ, vận tốc và gia tốc có thể được tính cho điều khiển chuyển động.

Các loại cảm biến vị trí

Cảm biến vị trí sử dụng các nguyên tắc cảm biến khác nhau để cảm nhận sự dịch chuyển của cơ thể. Tùy thuộc vào các nguyên tắc cảm biến khác nhau được sử dụng cho cảm biến vị trí, chúng có thể được phân loại như sau:

Cảm biến vị trí đo điện thế

Cảm biến vị trí đo điện thế được vận hành dựa trên nguyên tắc hiệu ứng điện trở. Một rãnh điện trở hoạt động như một yếu tố cảm biến, và một cái gạt nước được gắn vào cơ thể hoặc một phần của cơ thể có độ dịch chuyển cần đo. Cần gạt nước cũng tiếp xúc với đường đua.

Chuyển động của cần gạt làm thay đổi lực cản giữa một đầu của rãnh và gạt nước. Do đó, điện trở trở thành một chức năng của vị trí gạt nước và sự thay đổi điện trở trên mỗi đơn vị thay đổi ở vị trí cần gạt là tuyến tính.

Theo dõi dẫn điện có thể được thực hiện tuyến tính hoặc góc tùy theo yêu cầu. Các bài hát được làm từ carbon, dây điện trở hoặc vật liệu piezoresistive. Ưu điểm chính của cảm biến này là dễ sử dụng.

Cảm biến vị trí điện dung

Cảm biến vị trí điện dung được vận hành theo hai cấu hình sau:

• Bằng cách thay đổi hằng số điện môi – Trong cấu hình này, một vật thể có độ dịch chuyển cần đo được kết nối với vật liệu điện môi giữa các bản. Hằng số điện môi hiệu dụng giữa các bản trong quá trình chuyển động của cơ thể là kết quả của hằng số điện môi do không khí và vật liệu điện môi.
• Bằng cách thay đổi vùng chồng lấp – Trong cấu hình này, một thân được kết nối với một trong các tấm và tấm kia vẫn được cố định. Vùng chồng lấp giữa các bản thay đổi theo chuyển động của cơ thể và khu vực chồng chéo thay đổi dẫn đến thay đổi điện dung giữa các bản.

Cảm biến vị trí từ tính

Cảm biến vị trí từ tính chủ yếu bao gồm các thành phần như nam châm vị trí, cảm biến vị trí từ tính đo khoảng cách giữa đầu đầu của thanh cảm biến và nam châm vị trí, mô-đun điện tử và ống dẫn sóng.

Một xung hiện tại được truyền xuống ống dẫn sóng từ mô-đun điện tử. Từ trường được tạo ra bởi xung hiện tại tương tác với từ trường từ nam châm vị trí do đó tạo ra sóng âm hoặc sóng biến dạng xoắn trong ống dẫn sóng.

Sóng căng truyền đến đầu cuối nơi thiết bị đón nhận cảm nhận được sự xuất hiện của nó. Sự khác biệt về thời gian giữa việc tạo ra xung thẩm vấn và sự xuất hiện của sóng biến dạng cho biết vị trí của nam châm vị trí.

Cảm biến vị trí dựa trên hiện tại

Khi một dòng điện xoay chiều được đặt vào cuộn dây, một từ trường chính được tạo ra dẫn đến sự hình thành dòng điện xoáy trong vật liệu dẫn điện. Ngược lại, dòng điện xoáy tạo ra trường thứ cấp có hiệu ứng trở kháng cuộn dây.

Sự hiện diện hay vắng mặt của vật liệu dẫn điện làm thay đổi trường thứ cấp và trở kháng cuộn dây. Những thay đổi trong trở kháng cuộn dây có thể được sử dụng để đo khoảng cách của thân dẫn điện.

Cảm biến vị trí từ dựa trên hiệu ứng Hall

Trong các cảm biến vị trí hiệu ứng Hall, một bộ phận chuyển động được liên kết với một nam châm được đặt với trục cảm biến do đó hình thành nên một yếu tố Hall. Với sự chuyển động của cơ thể hoặc bộ phận của nó, nam châm cũng chuyển động dẫn đến sự hình thành từ trường và do đó điện áp Hall. Do đó điện áp Hall trở thành một chức năng của vị trí của bộ phận chuyển động.

Cảm biến vị trí quang

Cảm biến quang được vận hành dựa trên một trong hai cơ chế. Trong loại thứ nhất, ánh sáng được truyền từ một đầu và nhận ở đầu kia để theo dõi sự thay đổi của một trong các đặc tính như bước sóng, cường độ, pha hoặc phân cực. Trong loại thứ hai, ánh sáng truyền đi được phản xạ từ vật thể và ánh sáng được trả về phía nguồn được theo dõi.

Các ứng dụng

Một số ứng dụng chính của cảm biến vị trí bao gồm:

• Thiết bị y tế
• Máy đóng gói
• Máy ép phun
• Tàu cao tốc lấy những đường cong tròn
• Xe ô tô
• Hệ thống máy bay fly-by-wire

Mời xem thêm Các đơn vị đo điện