Датчики положения

С помощью датчиков положения можно бесконтактным способом дистанционно регистрировать процессы перемещения и управлять ими. Пример применения такого датчика показан на рисунок 4.17. Например, нужно зарегистрировать изменение положения ка­кого-либо механизма в процессе работы. Для этого на нем в характерном ме­сте устанавливают светодиод (излучатель). Излучение этого светодиода с помощью отображающей оп­тики (например, линзы) фокусируется на датчике по­ложения.

Рисунок 4.17 – Схема устройства для регистрации изменения положения механизма в процессе работы

В принципе такой датчик состоит из удлиненного p/n-диода с двумя выходными электродами с одной стороны и одним электродом с противоположной стороны (рисунок 4.18). При неработающем механизме отображающая оп­тика юстируется таким образом, чтобы на обе части светодиода попадало излучение одинаковой интенсивности. Как только светодиод начинает перемешаться из-за вибраций механизма, интенсивность перераспределяется и нарушается равенство токов I аи I в. В итоге разность Д= I а -I в оказы­вается мерой уровня вибрации механизма, которую можно оценивать при разных режимах работы.

Рисунок 4.18 – Структура датчика положения: подложка из высокочистого кремния является областью с собственной проводимостью

Линейность измерения положения означает откло­нение выходного сигнала от номинального значения (в процентах) при линейном смешении по всей длине датчика (в данном случае 30 мм).

При обработке сигналов датчика, формируется отношение раз­ности отдельных сигналов к их сумме. Достоинство этого метода заключается в том, что при этом исключается влия­ние на точность измере­ния таких факторов, как изменение мощности из­лучения светодиода или изменение чувствитель­ности детектора. Во из­бежание искажения ре­зультатов измерений из-за дрейфа нуля или дру­гих подобных причин в качестве операционных усилителей 1...4 необхо­димо использовать ин­тегральные схемы, отве­чающие высоким требо­ваниям к качеству обра­ботки сигнала.

Типичными примерами применения оптиче­ских датчиков положе­ния являются измерения протяженных объектов (например, туннелей, зданий, конструкций) с помощью луча лазера, на­правляемого на датчик. Отклонение луча от цен­тра датчика вследствие перемещении или вибраций может быть измерено с большой точностью.

Двухкоордннатное измерение положения добав­ляет еще одну степень свободы при определении по­ложения или размещении (позиционировании) объекта. Датчик этого типа состоит из активной поверхности в форме квадрата, на каждой стороне которого имеется по электроду. Противоположные электроды предназначены соответственно для определения смещений по осям X и Y.

Линейность ХУ-позиционирования показана на рисунок 4.19. Она представляет собой меру точности определения положения. Область применения датчиков этого типа в принципе та же, что и у линейных.

Рисунок 4.19 – Типичная линейность измерения положения