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, револьверы, синхротрансформаторы (сельсины);

- емкостные датчики для измерения малых перемещений, вращений и уровней жидкости;

- пьезоэлектрические датчики для измерения давления, напряжения, ускорения, скорости, силы и момента (пьезоэлектрический материал деформируется под действием приложенной разности потенциалов или вырабатывает разность по­тенциалов при механическом воздействии);

- лазерные датчики для точного измерения малых перемещений;

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

Измерение линейных и угловых скоростей имеет фундаментальное значение для приводов и робототехники. Интересным приложением систем измерения ускорений и сил является управление активной подвеской транспортных средств.

Тахометр представляет собой генератор постоянного тока с постоянными магнитами, применяемый для измерения угловой скорости. Принцип его дей­ствия иллюстрируется рис. 4.15.

Рисунок 4.15 - Принцип работы тахометра постоянного тока

 

Магниты создают постоянное однородное магнитное поле. Движение про­водника в поле индуцирует напряжение, пропорциональное скорости его вра­щения. Ротор непосредственно соединен с объектом, скорость вращения кото­рого измеряется. Выходное напряжение, генерируемое в процессе вращения, снимается коллектором, который состоит из пары угольных щеток с низким сопротивлением. Тахометр обычно создает очень маленькую дополнительную механическую нагрузку для больших валов, на которые он устанавливается. Анализируя динамику тахометра, можно утверждать, что его частотный диа­пазон обычно значительно шире, чем у механического двигателя при его нор­мальной нагрузке. Поэтому индуктивность и другие электромагнитные пара­метры тахометра обычно не влияют на результаты измерения.