Cảm biến vị trí tuyến tính/ Magnetostrictive Position Sensors là gì?

Cảm biến vị trí từ trường là cảm biến vị trí tuyến tính không tiếp xúc sử dụng tương tác tạm thời của hai từ trường để tạo ra xung biến dạng di chuyển dọc theo ống dẫn sóng. Một trường là từ một nam châm di chuyển dọc theo bên ngoài của ống dẫn sóng. Trường còn lại là từ chính ống dẫn sóng. Cảm biến vị trí từ tính cung cấp các phép đo tuyệt đối tạo ra một tín hiệu duy nhất cho mỗi điểm dọc theo trục di chuyển. Ưu điểm của loại cảm biến này là không tiếp xúc và không bị mài mòn hoặc ma sát. Nó cũng không bị ảnh hưởng bởi rung động nên không giới hạn số chu kỳ hoạt động. Điểm bất lợi là dải chết ở cả hai bên của cảm biến không thể giảm xuống bằng không./ Magnetostrictive position sensors are non-contact linear position sensors that use the momentary interaction of two magnetic fields to produce a strain pulse that moves along a waveguide. One field is from a magnet that moves along the outside of the waveguide. The other field is from the waveguide itself. Magnetostrictive position sensors that provide absolute measurements produce a unique signal for each point along the axis of travel. The advantage to this type of sensor is that it is non-contact and there is no wear or friction. It is also not affected by vibrations so there is no limit on the number of operating cycles. The disadvantage is the dead band on both sides of the sensor which cannot be reduced to zero.
  
Ma sát nam châm là một tính chất của vật liệu sắt từ để giãn nở hoặc co lại khi đặt trong từ trường. Cảm biến nhận biết vị trí của nam châm vĩnh cửu (vị trí) để xác định khoảng cách giữa nam châm vĩnh cửu và đầu cảm biến./ Magnetrostriction is a property of ferromagnetic materials to expand or contract when placed in a magnetic field. The sensor senses the position of the permanent (position) magnet to determine the distance between the permanent magnet and the sensor head.
 
Có năm thành phần chính của cảm biến từ trở: Ống dẫn sóng, nam châm định vị, thiết bị điện tử, hệ thống phát hiện xung biến dạng và mô-đun giảm chấn./ There are five main components of the magnetostrictive sensor: Waveguide, position magnet, electronics, strain pulse detection system, and damping module.


Magnetostrictive Sensor Principle

Thông thường, dây dẫn sóng được bao bọc trong một vỏ bảo vệ và được gắn vào thiết bị đang được đo. Áp dụng một xung dòng điện tạo ra một sóng âm truyền dọc theo ống dẫn sóng đến một mảnh nhỏ của vật liệu từ tính đi qua một cuộn dây và được từ hóa bởi một nam châm vĩnh cửu nhỏ. Ứng suất gây ra bởi sóng âm gây ra một làn sóng thay đổi độ từ thẩm trong vật liệu từ trở, dẫn đến sự thay đổi từ thông của nó và tạo ra điện áp đầu ra từ cuộn dây. Mạch điện tử phát hiện xung điện áp và điều kiện nó thành đầu ra mong muốn./ Typically, the waveguide wire is enclosed within a protective cover and attached to the device that is being measured. Applying a current pulse generates a sonic wave that travels along the waveguide to a small piece of magnetostrictive material that passes through a coil and is magnetized by a small, permanent magnet. The stress induced by the sonic wave causes a wave of changed permeability in the magnetostrictive material, resulting in a change in its magnetic flux and the production of voltage output from the coil. Electronic circuitry detects the voltage pulse and conditions it into the desired output.



Ở đầu que cảm biến, ở cuối đối diện với đầu, có một vùng không thể sử dụng được gọi là vùng chết. Hệ thống phải được thiết kế sao cho mặt trước của nam châm vị trí không đến gần đầu hơn khoảng cách vùng chết đã chỉ định./ At the sensor rod tip, at the end opposite the head, there is an unusable area called the dead zone. The system must be designed so that the front face of the position magnet will come no closer to the tip than the specified dead zone distance.
 

Characteristics

Đọc mã hóa/ Encoder Reading
Tùy thuộc vào đặc tính của cảm biến, các phép đo có thể là tuyệt đối hoặc tăng dần. Cảm biến vị trí từ trường nói chung là tuyệt đối./ Depending on the sensor's characteristics, measurements can be either absolute or incremental. Magnetostrictive position sensors are generally absolute.
- Đọc tuyệt đối nghĩa là vị trí được biết chính xác khi bật nguồn, mà không cần đặt vị trí 0. Nếu mất điện, có thể xác định ngay vị trí khi có điện trở lại./ Absolute- absolute reading means the position is accurately known at power-on, without the need for setting a zero position. If there is a power outage, position can be determined immediately when the power returns.
- Các phép đo gia tăng không tạo ra tín hiệu vị trí duy nhất. Chúng được làm bằng 0 sau khi tắt nguồn và dựa vào công tắc hoặc cảm biến bên ngoài để tham khảo ban đầu./ Incremental- incremental measurements do not produce unique position signals. They are zeroed after power-down and rely upon an external switch or sensor for initial reference.
 

Đầu ra/ Outputs

Mã tuyệt đối/ Absolute Code
Thông thường, vị trí được đọc sau khi đạp xe điện. Có một số loại đầu ra./ Typically, the position is read after power cycling. There are several types of outputs. 
- Đầu ra màu xám yêu cầu sử dụng bộ mã hóa đơn vị khoảng cách trong đó chỉ một bit thay đổi khi chuyển từ bước đo này sang bước đo tiếp theo./ Gray outputs require the use of a unit-distance coder in which only one bit changes with the transition from one measuring step to the next.
- Đầu ra nhị phân được biểu diễn dưới dạng một loạt các số một và số không./ Binary outputs are represented as a series of ones and zeroes.
- Đầu ra số thập phân được mã hóa nhị phân (BCD) được biểu diễn bằng số thập phân (số nguyên), trong đó mỗi chữ số được ký hiệu bằng bốn bit./ Binary coded decimal (BCD) outputs are represented by decimal numbers (integers) in which each digit is signified by four bits.

Tín hiệu tương đối/ Incremental Signal
Tín hiệu cộng dồn là đầu ra kỹ thuật số hoặc tương tự./ Incremental signals are digital or analog outputs.
- Các đường tín hiệu đầu ra kỹ thuật số hình vuông kỹ thuật số tạo ra một hoặc hai sóng vuông có thể được phân giải qua phương pháp vuông góc với bốn số đếm trên mỗi dòng./ Digital- square digital output signal lines produce one or two square waves that can be resolved via quadrature to four counts per line.
- Đầu ra tương tự hình sin sử dụng hai kênh lệch pha 90 ° để đọc và kết hợp tín hiệu hình sin và tín hiệu côsin. Độ phân giải vô hạn về mặt lý thuyết chỉ bị giới hạn bởi độ phân giải của thiết bị số hóa bên ngoài./ Analog- sine analog outputs use two channels that are 90° out of phase to read and combine sine and cosine signals. The theoretically infinite resolution is limited only by the resolution of the external digitizing device.
- Cảm biến vị trí từ động kênh đơn cung cấp một số đếm trên mỗi đường vật lý./ Single channel magnetostrictive position sensors provide one count per physical line.
- Thiết bị định hướng và xung kết hợp kênh một chiều với đếm đơn kênh hoặc đếm đa kênh với cầu phương./ Pulse and direction devices combine a unidirectional channel with either single-channel counting or multiple-channel counting with quadrature.
- Các tín hiệu tham chiếu hoặc chỉ số tạo ra dấu một lần cho mỗi vòng quay hoặc vị trí chính./ Reference or index signals produce a once-per-revolution mark or home position.

Electrical/Digital Output
Có nhiều đầu ra điện và kỹ thuật số cho cảm biến từ động. Một số ví dụ bao gồm/ There are many electrical and digital outputs for magnetostrictive sensors. Some examples include:
- Giao diện đồng bộ nối tiếp (SSI) là tiêu chuẩn chung cho các thiết bị đo lường tuyệt đối. Các đầu ra nối tiếp như RS232, RS422 và RS485 thường có sẵn./ Serial synchronous interface (SSI) is a general standard for absolute measurement devices. Serial outputs such as RS232, RS422 and RS485 are commonly available.
- Các đầu ra song song cho cảm biến từ tính bao gồm bus giao diện mục đích chung (GPIB), một tiêu chuẩn còn được gọi là bus giao diện Hewlett-Packard (HPIB) và IEEE 488./ Parallel outputs for magnetostrictive sensors include the general-purpose interface bus (GPIB), a standard which is also known as Hewlett-Packard interface bus (HPIB) and IEEE 488.
- Các đầu ra dòng analog bao gồm 4 - 20 mA và 0 - 2 mA./ Analog current outputs include 4 - 20 mA and 0 - 2 mA.
- Đầu ra điện áp tương tự bao gồm 0 - 10V. Cảm biến có thể truyền dữ liệu vị trí dọc theo sợi quang cũng có sẵn./ Analog voltage outputs include 0 - 10V. Sensors that can transmit position data along optical fibers are also available.
 

Thông số kỹ thuật/ Specifications

Cảm biến vị trí từ trường khác nhau về thông số kỹ thuật, kích thước và tính năng hoạt động. Thông số kỹ thuật hiệu suất bao gồm/ Magnetostrictive position sensors vary in terms of performance specifications, dimensions, and features. Performance specifications include:
 
- Phạm vi đo lường là toàn bộ phạm vi hành trình có thể đo được. Một mô hình cảm biến duy nhất có thể có phạm vi có thể lựa chọn hoặc có thể định cấu hình./ Measurement range is the full range of travel that can be measured. A single sensor model may have selectable or configurable ranges.
- Độ phân giải là đơn vị phân biệt nhỏ nhất mà cảm biến vị trí tam giác quang có thể phát hiện./ Resolution is the smallest unit of distinction that optical triangulation position sensors can detect.
- Nhiệt độ và môi trường hoạt động mô tả các điều kiện mà cảm biến sẽ được đặt trong quá trình hoạt động. Môi trường có thể ảnh hưởng đến vật liệu và độ chính xác của phép đo./ Operating temperature and environment describe the conditions the sensor will be placed in during operation. The environment may affect the material and accuracy of the measurement.
- Kích thước của thanh dẫn sóng có sẵn. Chiều cao mặt cắt ngang và chiều rộng mặt cắt ngang cần được xem xét để đảm bảo thiết bị sẽ phù hợp với hệ thống./ Dimensions of the waveguide rod are available. The cross-section height and cross-section width should be considered to ensure the device will fit into the system.
- Các cảm biến được làm kín ngăn chặn sự xâm nhập của các chất gây ô nhiễm như bụi, chất bẩn hoặc bọt biển./ Sealed sensors prevent the ingress of contaminants such as dust, dirt, or swarf.
- Cảm biến đầu dò / pít tông bao gồm một đầu hoặc pít tông có thể đặt trực tiếp lên bề mặt của thiết bị đo. Thông thường, các cảm biến kiểu đầu dò này thiên về áp suất lò xo hoặc không khí nhẹ./ Probe/plunger sensors include a tip or plunger that can be placed directly against the surface of the measured device. Typically, these probe-style sensors are biased with a spring or light air pressure.
 

Ứng dụng của Cảm biến tuyến tính từ/ Applications

Những cảm biến này lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu đo lường chính xác, các bộ phận "không mài mòn" và khả năng chống sốc và rung. Cảm biến từ tính có lợi cho thực phẩm và đồ uống, mức chất lỏng, y tế, gia công kim loại, chuyển đổi giấy, nhựa, gỗ và các ứng dụng thiết bị thử nghiệm./ These sensors are ideal for applications which require precision measurement, "non-wearing" parts, and shock and vibration resistance. Magnetostrictive sensors benefit food and beverage, liquid level, medical, metalworking, paper converting, plastics, wood and testing equipment applications.