Датчики положения вала

Датчики положения вала или кодеры поворота (shaft encoders) – это цифровые датчики для измерения угла поворота и угловой скорости. Они применяются во всех системах, где нужна точная информация о параметрах вращательного движения, – например, станки, роботы, сервосистемы и электропривод. Существуют датчики относительного (incremental) и абсолютного (absolute)типов.

Датчик относительного типа состоит из светодетектора или магнитного датчика, например геркона, который генерирует последовательность импульсов при вращении объекта; поворот на 360° соответствует одному или более импульсам. Затем последовательность импульсов обрабатывается и преобразуется в угол поворота и угловую скорость объекта.

Аналоговые датчики

Выходной сигнал датчика подается на вход обрабатывающего устройства, например на входной порт компьютера. Поскольку характеристики выходного сигнала датчика и последующего каскада довольно часто отличаются друг от друга, то для передачи сигнала между ними должна использоваться некоторая согласующая цепь. Термин «согласующая цепь» (conditioning circuitry) является довольно общим и может обозначать любой набор электронных компонентов между измерительной головкой датчика и обрабатывающим устройством. Нельзя точно определить границу между электроникой измерительного преобразователя и последующими согласую­щими цепями – каждый раз она может трактоваться по-своему.

Большинство датчиков с преобразователем, применяемых в системах управления, генерируют аналоговый сигнал. Как правило, при управлении измеряются следующие физические величины:

· электрические и магнитные характеристики;

· параметры движения;

· сила, момент и давление;

· температура;

· уровень заполнения емкости;

· расход;

· плотность, вязкость и консистенция;

· концентрация (газа, жидкости, растворенных и взвешенных веществ);

Датчики движения

Датчики движения (motion sensors) измеряют четыре кинематические величины:

· перемещение (изменение положения, расстояния, степени приближения, размера);

· скорость (включая угловую);

· ускорение;

· удар.

Каждая из этих величин является производной по времени от предшествующей. Теоретически можно измерить только одну из них и затем получить остальные дифференцированием или интегрированием. На практике, однако, такой подход неприемлем из-за природы сигнала (постоянный, переходный и т. д.), частотного спектра, шумов и возможностей средств обработки данных.

Контроль параметров движения обязателен для приложений, в которых используется механическое оборудование – сервосистемы, роботы, электроприводы или другие манипуляторы. Измерение перемещений применяется при управлении положением клапанов. Толщина пластин в прокатном стане постоянно контролируется системой управления калибровкой. Датчики
деформаций – это устройства, которые измеряют механическое напряжение, давление и силу, но могут применяться и для измерения перемещений. В системах мониторинга состояния и предупреждения отказов механического оборудования широко используются акселерометры.

Для измерения параметров движения применяются следующие типы устройств:

· потенциометры для измерения перемещений; они работают как переменные резисторы;

· датчики на основе принципа электромагнитной индукции, например дифференциальные трансформаторы, резольверы, синхротрансформаторы (сельсины);

· емкостные датчики для измерения малых перемещений, вращении и уровней жидкости;

· пьезоэлектрические датчики для измерения давления, напряжения, ускорения, скорости, силы и момента;

· лазерные датчики для точного измерения малых перемещений;

· ультразвуковые датчики для измерения расстояний в медицинских приборах, системах автофокусировки фото- и телекамер, измерения уровня и скорости.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник проектировщика АСУП. Под редакцией Н.П. Федоренко и В.В. Карибского, 2012.

2. Управление в технических системах. Автор: А. А. Иванов, С. Л. Торохов. Издаельство: Форум. Серия: Высшее образование. ISBN 978-5-91134-641-6; 2012 г.

3. Теория автоматического управления в примерах и задачах с решениями в MATLAB. Автор: А. Р. Гайдук, В. Е. Беляев, Т. А. Пьявченко. Издательство: Лань. Серия: Учебники для вузов. Специальная литература. ISBN 978-5-8114-1255-6; 2011 г.

4. Автоматизация обработки данных без программистов. Джеймс Мартин, 2012.

5. Серия тематических статей в журнале " Компьютер-пресс" за 1996-2012 годы.

6. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации: Учеб. для студ. вузов по спец. " Автоматизированные системы обработки информации и управления". М., Высш. шк., 2011.