На физическом уровне эти явления объясняются изменением положения атомов в кристаллической решетке при воздействии внешнего магнитного поля или прикладываемой силы.
Простейший вариант конструкции магнитного датчика силы представлен на рис. 3. На ферромагнитном сердечнике 1 размещена катушка индуктивности 2. В случае действия на сердечник силы 3 он деформируется и переходит в напряженное состояние.
Рис. 3. Вариант конструкции магнитного датчика силы
Изменение состояния сердечника приводит к изменению его магнитной проницаемости. Это обуславливает пропорциональное изменение магнитного сопротивления сердечника. В результате изменяется индуктивность катушки.
Таким образом, трансформация физического воздействия деформирующей силы в электрический сигнал (рис. 4, вариант 1) можно отобразить в виде последовательных превращений.
Рис. 4. Трансформация сигналов в магнитных датчиках силы
Более распространенными являются магнитные датчики силы с двумя обмотками. Первичная обмотка такого датчика запитана от генератора, во вторичной обмотке наводится эдс. При деформации сердечника изменяется магнитная проницаемость и связанная с ней взаимоиндуктивность (рис. 4, вариант 2). Конечным результатом действия силы является изменение эдс во вторичной обмотке датчика.
Тактильные датчики силы
Тактильные (осязательные) датчики являются самыми «молодыми». Их появление обусловлено развитием робототехники и автоматических поточных линий.
Существующая классификация рассматривает три типа тактильных датчиков: касания, усилия и проскальзывания. Первые два типа тактильных датчиков измеряют один и тот же параметр - действующую силу. Отличаются они только видом выходного сигнала. Датчики усилия имеют аналоговый выходной сигнал, а датчики касания - выход релейного типа с регулируемымиуставками.
Реализуются тактильные датчики с использованием различных физических явлений, но принципиальным отличием от других датчиков является их небольшая толщина. Это достигается за счет использования специальных материалов. Они, как правило, обладают гибкостью, эластичностью и прочностью при хорошей электропроводности.
На рис. 5 приведен пример реализации тактильного датчика, реагирующего на силовое воздействие.
Рис. 5. Пример простого тактильного датчика силы
Датчик представляет собой две тонких металлических пластины 1 между которыми расположена ячеистая прокладка 2 из изоляционного материала. Один полюс источника напряжения подключен к верхней пластине. Второй - через нагрузочный резистор Rн к нижней пластине. Когда к верхней пластине в районе ячейки прикладывается внешняя сила, пластина, прогибаясь, замыкается с нижней. Через резистор протекает ток, а падение напряжения на нем служит выходным информационным сигналом.
Тактильный датчик с использованием пьезоэлектрического эффекта приведен на рис. 6.
Рис. 6. Пьезоэлектрический тактильный датчик силы
Он представляет собой два параллельных слоя 1 и 2 пьезоэлектрических пленок, разграниченных акустически проницаемым слоем 3. К нижней пьезопленке подключен генератор и при его работе она колеблется с генерируемой частотой. При этом такие же колебания возбуждаются в промежуточном слое и в верхнейпьезопленке. На противоположных поверхностях последней возникает разность потенциалов. Напряжение с верхней пленки подается на усилитель и синхронный детектор, формирующий выходной сигнал с учетом амплитуды и фазы. При воздействии на верхнюю пленку деформирующей силы, характеристики всех слоев изменяются, что приводит к пропорциональному изменению выходного сигнала
Пьезорезонансные датчики силы
В датчиках силы этого типа используются оба эффекта, свойственные пьезокристаллическим материалам: прямой и обратный пьезоэффекты.
Чувствительным элементом датчика является механический резонатор. Колебания резонатора, возбуждаемые напряжением питающего генератора (обратный пьезоэффект), обуславливают его напряженное состояние. В свою очередь такое состояние вызывает возникновение соответствующих зарядов на электродах пьезоэлемента (прямой пьезоэффект).
Результатом одновременного электрического возбуждения колебаний резонатора и снятия электрического сигнала является возникновение резонансных колебаний.
Известно несколько вариантов включения пьезорезонансных датчиков силы в измерительные схемы. Перейти на страницу: 1 2 3
Другие статьи по теме
Антенно-фидерные устройства «Хорошая антенна - лучший усилитель высокой частоты» Радиосвязь между двумя пунктами, расположенными на поверхности Земли осуществляется пространственными и поверхностными волнами. ...
Интегрированные информационные технологии Использование принципа интеграции в компьютерных системах относится к различным аспектам организации технологий: интеграция информации в базах и банках данных; интеграция программ в еди ...
Исследование щелевой антенной решетки микроэлектроника антенный программа В диапазон СВЧ микроэлектроника начала внедряться в последнюю очередь, примерно в середине 60-х годов прошлого века. В первую очередь это связано с тр ...