LVDT

(Linear Variable Transformer)

LVDT از یک ترانسفورماتور  و یک هسته مغناطیسی تشکیل شده است. هسته مغناطیسی میان سیم پیچی های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور قراردارد. جابجایی هسته که توسط یک واسط غیر مغناطیسی به جسم متحرک متصل است،  باعث تغییر در شار گذرنده و در نتیجه ولتاژ دو سیم پیچی ثانویه شده و ولتاژ خروجی که تفاضل این دو ولتاژ می باشد نیز طبیعتاً تغییر می کند.

در این حالت ولتاژ  (rms)خروجی به طور خطی با موقعیت هسته فرومغناطیسی نسبت به ترانسفورماتور تغییر می کند.

معرفی و تاریخچه  

در زمان جنگ جهانی دوم، ترانسفورماتورهای متغیر خطی یا LVDT ها به عنوان یک سنسور در کنترل صنعتی شناخته شدند و در سیستمهای نظامی و جنگ افزارها از آنها استفاده فراوانی شد.

LVDT ها امروزه به علت دارا بودن دقت و قابلیت اطمینان بالا کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله ماشین افزارها، روباتیک و سیستمهای نظامی  دارند.

از آنجاییکه LVDT و RVDT  پروژه جداگانه ای بوده است، آنچه در این پروژه آمده است مختصر است ولی سعی شده است بخش مرجع آن کامل باشد.

بطور کلی موقعیت سنجی از روش های مختلف زیر قابل حصول است :

خازنی

جریان یورشی

نوری

مقاومتی

سونار

لیزری

پیزوالکترونیک

القایی

مغناطیسی

سنسور های مغناطیسی برای بیش از ۲۰۰۰سال است که در حال استفاده می باشند. کاربرد اخیر سنسورهای مغناطیسی در رهیابی یاناوبری(Navigation) می باشد.

سنسورهای  مغناطیسی از آهنربای دائمی و یا آهنربای الکتریکیِ تولید شده از جریان ac و dc استفاده می کند. سنسورهای مغناطیسی ، بطور کلی ، بر میدان مغناطیسی عمل می کنند و ویژگیهای آنها تحت تاثیر میدان مغناطیسی تغییر می کند. از ویژگیهای این سنسورها غیر تماسی بودن (Non contact) آنهاست. در آنها هیچ اتصال مکانیکی میان قسمت های متحرک و قسمت های ثابت وجود ندارد. این خاصیت منجر به افزایش طول عمر آنها شده است. علاوه بر این لغزش قسمت های متحرک بر هم، در دیگر سنسورها مثل پتانسیومتر باعث ایجاد نویز می شود، که این مشکل در سنسورهای مغناطیسی رفع شده است.

سنسورهای مغناطیسی به سبب ساختار مناسبی که دارند در محیط های آلوده، چرب و روغنی بخوبی عمل می کنند و به همین علت در اتومبیل و کاربرد های این چنینی بسیار مفید هستند.

سنسورهای مغناطیسی بر مبنای رنج میدان اعمالی بصورت زیر تقسیم بندی می شوند:

Low field :  کمتر از ۱mG

Medium field : ما بین ۱mG و ۱۰G

High field : بالاتر از ۱۰G

جابجایی ( Displacement ) به معنی تغییر موقعیت است. سنسورهای جابحایی به دو نوع افزایشی ( Incremental ) و مطلق ( Absolute ) تقسیم می شوند. سنسور های افزایشی میزان تغییر بین موقعیت فعلی و قبلی را مشخص می کنند. چنانچه اطلاعات مربوط به موقعیت فعلی از دست برود، مثلا منبع تغذیه دستگاه قطع بشود، سیستم باید به مبدا خود منتقل شود.( reset شود.) در نوع مطلق موقعیت فعلی بدون نیاز به اطلاعات مربوط به موقعیت قبلی بدست می آید. نوع مطلق نیازی به انتقال به مرجع خود را ندارد. معمولا سنسورهای جابجایی مطلق را سنسورهای موقعیت  ( Position sensor ) می نامند.

در این پروژه سعی شده است تا سنسورهای جابجایی ، موقعیت و مجاورتی ( Displacement , Position , Proximity ) ‌پوشش داده شود.

بطور کلی زمانی که بخواهیم کمیت های فیزیکی مانند جهت ،  حضور یا عدم حضور ، جریان ، چرخش و زاویه را اندازه گیری کنیم و از سنسورهای مغناطیسی استفاده کنیم ، ابتدا بایستی تا این کمیت ها یک میدان مغناطیسی را بوجود آورند و یا تغییری در میدان مغناطیسی یا در خصوصیات مغناطیسی سنسور ایجاد نمایند و در نهایت سنسور این تغییر را احساس نموده و آنرا با یک مدار بهسازی به جریان یا ولتاژ مناسب تغییر دهیم.

در ادامه اصطلاحاتی جهت یادآوری بیان می شود: 

شدت میدان مغناطیسی (Magnetic field intensity) : آنرا با H نمایش می دهند و نیرویی است که شار مغناطیسی را در ماده به حرکت در می آورد. به همین علت بدان نیروی مغناطیس کنندگی (Magnetizing force) نیز می گویند. واحد آن آمپر بر متر می باشد.

چگالی شار مغناطیسی (Magnetic flux density) :  آنرا با B  نمایش می دهند. میزان شار مغناطیسی است که در واحد سطح ماده توسط نیروی مغناطیس کنندگی بوجود آمده است. واحد آن نیوتن بر آمپر بر مترمربع می باشد.

نفوذپذیری مغناطیسی (Magnetic permeability) : آنرا با نمایش می دهند. توانایی و قابلیت ماده جهت نگهداشتن و عبور شار مغناطیسی است.

اشباع مغناطیسی (Magnetic saturation) :

حد بالای توانایی یک ماده جهت عبور شار مغناطیسی از خود است.

سنسورهای اثرهال

Hall Effect Sensorsمقدمه

ویژگیهای عمومی

تاریخچه

تئوری اثرهال

اساس سنسورهای اثرهال

سنسورهای هال دیجیتال

سنسورهای آنالوگ

سیستم های مغناطیسی

سنسورهای موقعیت تشخیص پره ( Vane Operated Position Sensor)

Sequence Sensors

سنسورهای مجاورتی     Proximity  Sensor

سنسور ماشین های اداری

سنسور موقعیت چندگانه (Multiple position sensor)

سنسور ضد لغزشی Anti-Skid sensor

یک عنصر هال از لایه نازکی ماده هادی با اتصالات خروجی عمود بر مسیر شارش جریان ساخته شده است وقتی این عنصر تحت یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، ولتاژ خروجی متناسب با قدرت میدان مغناطیسی تولید می کند. این ولتاژ بسیار کوچک و در حدود میکرو ولت است. بنابراین استفاده از مدارات بهسازی ضروری است. اگر چه سنسور اثرهال، سنسور میدان مغناطیسی است ولی می تواند به عنوان جزء اصلی در بسیاری از انواع حسگرهای جریان، دما، فشار و موقعیت و … استفاده شود. در سنسورها، سنسور اثر هال میدانی را که کمیت فیزیکی تولید می کند و یا تغییر می دهد حس می کند.

سنسور موقعیت پیستون (Piston detection sensors)

ویژگیهای عمومی

ویژگیهای عمومی سنسورهای اثرهال به قرار زیر می باشند:

۱ – حالت جامد ؛

۲ – عمر طولانی ؛

۳ – عمل با سرعت بالا-پاسخ فرکانسی بالای ۱۰۰KHZ ؛

۴ – عمل با ورودی ثابت (Zero Speed Sensor) ؛

۵ – اجزای غیر متحرک ؛

۶-ورودی و خروجی سازگار با سطح منطقی

Logic  Compatible  input and output ؛

۷ – بازه  دمایی گسترده  (-۴۰^C ~ +150^C) ؛

۸ – عملکرد تکرار پذیرعالی Highly  Repeatable  Operation ؛

۹ – یک عیب بزرگ این است که در این سیستمها پوشش مغناطیسی مناسب باید در نظرگرفته شود، چون وجود میدان های مغناطیسی دیگر باعث می شود تا خطای زیادی در سیستم اتفاق افتد.

تئوری اثرهال

اگر یک ماده هادی یا نیمه هادی که حامل جریان الکتریکی است در یک میدان مغناطیسی به شدت B که عمود برجهت جریان عبوری به مقدار I می باشد قرار گیرد، ولتاژی به مقدار V در عرض هادی تولید می شود.

خاصیت در قطعات اثرهال تجارتی استفاده میشود.
ولتاژها به این علت پدید می آید که میدان مغناطیسی باعث می شود تا نیروی لرنتز برجریان عمل کند و توزیع آنرا برهم بزند[F=q(V´B)]. این خاصیت در مواد نیمه هادی دارای مقدار بیشتری نسبت به مواد دیگر است و از این حاملهای جریان اضافی روی یک لبه قطعه ظاهر می شوند، ضمن اینکه در لبه مخالف کمبود حامل اتفاق می افتد. این  عدم تعادل بار باعث ایجاد ولتاژ هال می شود، که تا زمانی که میدان مغناطیسی حضور داشته و جریان برقرار است باقی می ماند.

و….