Senzory jsou jedním z klíčových prvků zpětné vazby v řídicích systémech různého určení. Indukční senzory mají oproti magnetorezistivním, rezistivním a Hallovým senzorům řadu výhod. Díky tomu se široce používají v automatizovaných řídicích systémech v oblastech, jako je průmyslová automatizace nebo automatické měřicí systémy, lékařská nebo automobilová zařízení a mnoho dalších. Článek ukazuje typické příklady zařízení, která využívají nové indukční senzory vyráběné společností Microsemi.
Výhody použití indukčních senzorů
Indukční senzory se široce používají v zařízeních automatizovaných řídicích systémů pro širokou škálu účelů a slouží k bezkontaktnímu sběru dat o lineárním, rotačním a úhlovém pohybu a blízkosti pracovních částí mechanismů, robotů a strojů.
Díky použité technologii reagují indukční senzory pouze na kovové předměty a nejsou citlivé na jiné materiály.
To znamená, že mají velmi vysokou úroveň ochrany proti rušení. Voda, emulze, maziva nebo přítomnost rukou obsluhy v aktivní zóně senzoru tak zaručeně nepovedou k falešnému spuštění zařízení. To umožňuje použití indukčních senzorů v nejkritičtějších oblastech řídicích systémů, a to i v případech, kdy jde o velkoprůmyslovou výrobu nebo ochranu lidského života a zdraví.
Tabulka 1 ukazuje srovnávací charakteristiky různých typů senzorů: indukčních, magnetorezistivních, rezistivních, Hallových.
Jak je patrné z tabulky 1, indukční senzory mají následující výhody: vysokou spolehlivost a odolnost vůči elektromagnetickému rušení a také slabý vliv teploty na snížení výkonu.
Indukční senzory se obecně vyznačují vysokou spolehlivostí a optimálním poměrem výkonnostních ukazatelů a nákladů ve srovnání se senzory jiných typů.
Principy fungování indukčních senzorů
Obr. 1. Elektrické schéma indukčního senzoru
Pro lepší pochopení principu fungování indukčních senzorů se podívejme na trochu teorie.
Činnost indukčních senzorů je založena na jevu elektromagnetické indukce a jejich princip fungování spočívá v přeměně mechanického pohybu na změnu indukčnosti cívky senzoru.
Samotné senzory jsou vyrobeny ve formě cívek s magnetickými jádry; při napájení se vytváří proměnlivé magnetické pole. Když je do aktivní zóny senzoru zaveden kovový, magnetický, feromagnetický nebo amorfní materiál určitých velikostí, vznikají vířivé proudy, které vedou ke změně amplitudy kmitů generátoru. V důsledku toho se generuje výstupní signál, jehož hodnota se mění v závislosti na vzdálenosti mezi senzorem a řízeným objektem [1].
Obr. 1 znázorňuje elektrický obvod indukčního senzoru.
Nové indukční senzory řady Microsemi LX33xx
Obr. 2. Schéma zapojení integrovaného obvodu LX3xx k fyzickému indukčnímu senzoru
Společnost Microsemi představuje novou řadu indukčních senzorů z rodiny LX33xx, které mají širokou škálu aplikací. Patří sem zejména detekce lineárního a úhlového posunutí (pro LX3301A, LX3302, LX3311), změn tlaku, teploty a záznam vibrací (pro LX3310) [2] [3] [4].
Technicky vzato je rodina integrovaných obvodů LX3xx schopna poskytovat rozhraní mezi senzory a systémovými řídicími jednotkami a také implementovat funkce samotných systémových řídicích jednotek.
Není tedy nutné připojovat externí mikroprocesor, což zjednodušuje vývoj nových zařízení a snižuje výrobní náklady.
Schéma zapojení integrovaného obvodu LX3xx k fyzickému senzoru je znázorněno na Obr. 2. Umístění integrovaného obvodu LX3xx v řídicích systémech je znázorněno na Obr. 3.
Klíčové technické vlastnosti indukčních senzorů řady LX33xx jsou uvedeny v tabulce 2.
Společnost Microsemi poskytuje plnou inženýrskou podporu a je připravena samostatně vyvinout topologii desek plošných spojů pro konkrétní zákaznickou aplikaci.
Obr. 3. Umístění IS LX3xx v ACS
Komentář specialisty
Jevgenij Potemkin, implementační inženýr oddělení aktivních součástek holdingu PT Electronics, evgenii.potemkin@ptelectronics.ru
— Microsemi je výrobcem vysoce spolehlivých komponentů pro kritické aplikace. Nové indukční senzory nejsou výjimkou. Spolu s vysokou citlivostí mají vynikající rozlišení, což následně umožňuje vysokou přesnost celého zařízení. S pomocí inženýrských zdrojů společnosti Microsemi je možné vyvinout rozvržení desky plošných spojů senzoru pro konkrétní aplikaci, čímž se zkrátí doba vývoje a zajistí rychlejší uvedení na trh.
Příklady praktického použití indukčních senzorů
Senzory LX33xx jsou určeny pro typické aplikace, jako například:
- stanovení polohy, lineárního, rotačního a úhlového posunutí;
- měření vzdálenosti, rychlosti a zrychlení, úhlu natočení;
- přepínání detekce blízkosti (pro lineární a rotační pohyb);
- stanovení podmínek prostředí (teplota, vlhkost atd.);
- měření teploty;
- stanovení hustoty, síly, hladiny a tlaku;
- měření průtoku kapaliny;
- kontrola mikromezer.
Tabulka 2. Klíčové technické vlastnosti indukčních senzorů řady LX33xx
To otevírá široké možnosti pro úspěšné použití senzorů LX33xx v automatizovaných řídicích systémech v široké škále oblastí: automobilové, lékařské, průmyslové a letecké řídicí systémy.
Měření úhlového nebo rotačního pohybu je tedy nezbytné pro:
- ovládání rotace;
- ovládání robotického ramene;
- určení polohy rotujících hřídelí (vačkový hřídel, rotor atd.), pedálů, pák, škrticích klapek, ventilů;
- určení rychlosti diskových jednotek.
Obr. 4 ukazuje typické příklady zařízení, kde se indukční senzory používají k určení rotačního pohybu, a obr. 5 ukazuje typické příklady zařízení, kde se indukční senzory používají k určení úhlového pohybu.
Obr. 4. Typické příklady použití indukčních senzorů pro detekci rotačního pohybu
Obr. 5. Typické příklady použití indukčních senzorů pro detekci úhlového pohybu
Obr. 6. Typické příklady použití indukčních senzorů pro detekci lineárního pohybu
Obr. 7. Typické příklady použití indukčních senzorů pro bezkontaktní detekci přiblížení
Kromě toho je měření lineárního pohybu a detekce blízkosti nezbytné pro:
- sledování hladiny kapalin;
- určení aktuálního stavu převodovky (převodovky) a řazení;
- určení polohy pohonů a činnosti zavěšení;
- bezkontaktní detekce blízkosti.
Obr. 6 ukazuje typické příklady zařízení, kde se k určení lineárního pohybu používají indukční senzory, a obr. 7 ukazuje aproximace.
Ladicí sady
Obr. 8. Ladicí sada pro testování obvodů sběru dat ze senzorů lineárního posuvu
Pro testování charakteristik a provozních parametrů rodiny senzorů LX33xx nabízí výrobce speciální ladicí sady, které umožňují testovat a implementovat levné kompaktní obvody sběru dat z lineárních (LX3301AEVB14LK, LX3302EVB14LK, obr. 
a úhlových (LX3301AEVB14RK, LX3302EVB14RK, obr. 9) senzorů posuvu v co nejkratším čase [5, 6].
Standardní dodávka obsahuje kombinovaný návrh testovacích senzorů (dvě indukční cívky, implementované na desce plošných spojů) a obvodu pro sběr dat (LX33xx). Sada dále obsahuje CD-ROM s technickou dokumentací a softwarem, který implementuje grafické uživatelské rozhraní.
Napájení je zajištěno z běžného USB portu osobního počítače. Pro konfiguraci vestavěné EEPROM je k dispozici USB převodní modul LXM9516.
Je třeba poznamenat, že možnost konfigurace zvyšuje flexibilitu používání testovacího systému a umožňuje zvýšit počet možných aplikací.
Závěr
Obr. 9. Ladicí sada pro testování obvodů sběru dat ze senzorů úhlového posunu
Nové indukční senzory Microsemi LX33xx nabízejí vysokou spolehlivost a optimální rovnováhu mezi výkonem a cenou.
Vysoká odolnost proti šumu a stabilita při teplotních změnách zaručují vysokou přesnost a spolehlivost poskytovaných dat. To umožňuje začlenit senzory LX33xx do koncových zařízení v nejkritičtějších oblastech automatizovaných řídicích systémů a řídicích a měřicích systémů různých aplikací, což z Microsemi LX33xx dělá konkurenceschopný a efektivní produkt na trhu moderní elektroniky.
Literatura
- Senzory. Referenční manuál / Pod generální redakcí V. M. Šarapova, E. S. Polischuka. Moskva: Tekhnosfera, 2012.
- Datový list integrovaných obvodů rozhraní inteligentních indukčních senzorů LX3301A, 2016. microsemi.com
- Datový list integrovaných obvodů rozhraní inteligentních indukčních senzorů LX3302, 2016. microsemi.com
- Technický list integrovaných obvodů rozhraní inteligentních indukčních senzorů LX3310, 2016. microsemi.com
- Uživatelská příručka pro lineární a rotační EVB kit LX3301A, 2016. microsemi.com
- Uživatelská příručka pro lineární a rotační EVB kit LX3302, 2016. microsemi.com
Autor článku: Anna Sergeeva, annserge@rambler.ru
Publikováno v časopise “Věstník Elektroniki” č. 1 2017
Zdroj: Společnost PT Electronics
Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki
