Pozisyon Sensörleri |
2. Bölüm

Pozisyon sensörlerinin birinci bölümünde; potansiyometrik, kapastif ve endüktif pozisyon sensörlerini incelemiştik. Bu yazımıza pozisyon sensörlerinin diğer çeşitleri ile devam ediyoruz.

A- A+

20.01.2019 tarihli yazı 9221 kez okunmuştur.

Doğrusal Değişken Türevsel Transformatör (LVDT)

Doğrusal değişken türevsel transformatör (LVDT) elektromekanik, doğrusal bir sensör tipidir. LVDT yapısal olarak 2 adet ikincil sargı, 1 adet birincil sargı ve doğrusal (ileri ve geri) hareket edebilen manyetik bir çekirdekten oluşur.

►İlginizi Çekebilir: Pozisyon Sensörleri | 1.Bölüm

Birincil sargıya alternatif akım uygulandığında değişen manyetik alan oluşur. Tıpkı transformatörlerde olduğu gibi; manyetik alan ikincil sargılarda manyetik akı oluşmasına sebep olur. İkincil sargılarda oluşan manyetik alanlar 180ºfaz farkı ile oluşur. Manyetik çekirdek pozisyon değiştirip, hareket ederse ikincil sargılarda, her birinde, iki farklı gerilim indüklenmesi meydana gelir. Oluşan gerilimlerin farkı alındığında ise çıkış gerilimi oluşur. Eğer manyetik çekirdeğin konumu her iki ikincil sargıya aynı uzaklıkta yani merkezde olursa indüklenen gerilimler aynı olacaktır ve 180º faz nedeniyle de gerilim dalgaları birbirini sönümleyecektir. Sonuç olarak da çıkış gerilimi sıfır olacaktır.

►İlginizi Çekebilir: Akım ve Gerilim Sensörleri

Manyetik çekirdek ikincil sargılarda hangisine doğru hareket ederse, o sargıda indüklenen gerilim daha fazla olacaktır. Oluşan çıkış sinyalinin (gerilimin) kutbu manyetik çekirdeğin pozisyonu ve yönüne göre değişecektir.

LVDT’de çekirdek herhangi bir şekilde sargılar ve gövde ile temas halinde olmadığı için fiziksel kayıplar ve sürtünme kayıpları en aza indirgenmiştir. Bu yüzden de çalışma ömrü uzatılmıştır. Ayrıca çevresel etkenlere karşı da dayanıklıdır.

Son olarak LVDT robot ve robot kolları uygulamalarında yüksek çözünürlük özelliği nedeniyle sıkça kullanılmaktadır.

Döner Kodlayıcı (Döner Encoder)

Döner kodlayıcılar, dönme hareketini kullanarak elektrik sinyali (analog veya dijital) üretmek için kullanılan elektromekanik cihazlardır. Yapısında bulunan kodlayıcı diskinin dönüş miktarı ve konumuna göre çıkış sinyali değişmektedir.

Mutlak kodlayıcı ve artırımlı kodlayıcı olmak üzere 2 çeşidi vardır.

Artırımlı Kodlayıcı

Artırımlı kodlayıcıda, kodlayıcı diski yarıklardan meydana gelir. Diskin gerisinden LED ile verilen ışık, dönmekte olan diskin yarıklarından karşı tarafa geçer ya da yarık olmayan kısımda kalır. Diskin karşı tarafında bulunan foto transistörler kendilerine gelen ışığı algılayıp bunları bir dalga haline getirirler. Üretilen dalga kare dalgadır. Yarıktan geçen ışık dijital olarak ‘1’ bitini temsil ederken, yarıktan geçmeyen ışık yani karanlık olan taraf ‘0’ bitini temsil eder.

►İlginizi Çekebilir: Fiber Optik Sensör Nasıl Çalışır?

Diskin üzerinde bulunan referans noktası (referans yarığı) diskin kaç tür döndüğünün bilgisini almak için kullanılır. Disk tam bir tur döndüğünde, ışık referans noktasından geçer ve foto transistörler tarafından algılanır.

Diskin üzerinde bulunan yarıkların sayısı, her adımda taranacak alanı belirler. 360 yarık bulunan disk her adımda 360º/360=1º'lik alan tarar. Bu da 360 pulse üretir. 4096 yarıklı disk 1 tur döndüğünde 4096 pulse üretecektir. Diskin daha fazla pulse üretmesi, daha hassas ölçüm alınması, daha net pozisyon alınması anlamına gelir.

►İlginizi Çekebilir: Biyosensörler ve Çeşitleri

Artırımlı kodlayıcılar tek kanallı ve çift kanallı olmak üzere ikiye ayrılır. Tek kanallı tip daha basit yapıda olup, kodlayıcının tek yönde döndüğü sistemlerde kullanılır (takometre vb.). Çift kanallı tipte, A ve B kanalı olmak üzere 2 kanal bulunur. 2 adet çıkış sinyali üretilir. Bu sinyallerin arasında 90º faz farkı bulunur. Bu sayede yüksek hızlarda yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda kullanılabilirler.

►İlginizi Çekebilir: Wi-Fi Sinyalleri ile Analog Dalga Üretimi

Artırımlı kodlayıcılarda herhangi bir enerji kesintisi veya pulse kaybında, hafızaya sahip olmadıkları için o an ki konum bilgisi kaybedilir ve bu da kullanıldığı sisteme zarar verebilir.

Mutlak Kodlayıcı

Mutlak kodlayıcıda oluşan her çıkış sinyali için özel bir kod oluşur (GRAY, BCD vb.). Her sinyalin kodu kendine özeldir ve diğerlerinden farklıdır. Bu kodları üretmek için kodlayıcı diskinin üzerinde özel izler bulunur.

Diskin her konumunun bilgisi bu özel kodlar sayesinde bilinir ve herhangi bir enerji kesimi veya arızada konum bilgisi kaybolmaz.

►İlginizi Çekebilir: Dünyanın En Küçük Transistörü Geliştirildi

Mutlak kodlayıcıların konum ve dönme bilgisi sürekli bilindiği için bilgisayarlardaki bellek sürücülerinde ve CD/DVD sürücülerinde sıkça kullanılırlar.

Optik Pozisyon Sensörleri

Optik sensörler temassız çalışan sensörlerdir. Yaydıkları ışığın, yansıyan dalgasının pozisyon, geri dönüş süresi gibi bilgilerine göre algılama yaparlar.

Optik pozisyon sensörü yapısında bulunan ışık kaynağı sayesinde çevreye ışık yayarak, ışığın alıcı devresine geri dönüş süresi ile mesafe ölçümü yapabilir; geri dönüş açısı, geri dönüş miktarına göre de pozisyon değişikliğini algılayabilir.

Işık kaynağı olarak LED, kızılötesi ışın ve lazer diyot sistemlerinden birini kullanır. En sık kullanılanı ise sürekliliği nedeniyle lazer diyotlarıdır.

Optik pozisyon sensörü 0.0003 mm yani 0.3 mikrometre hassaslığından pozisyon değişikliğini algılayabilecek yapıdadır.

Optik sensörler; ürün sayma işlemlerinde, araba lastiği dişleri arası mesafe ölçme işlemlerinde, türbin kanatlarının milimetrik ölçümlerinde ve birçok endüstriyel süreçte kullanılırlar.

Hall Etkili Pozisyon Sensörleri

Hall etkisi, akım uygulanan yarı iletken bir maddenin manyetik alana girdiğinde gerilim üretmesi olayıdır. Açıklamak gerekirse; akım uygulanan yarı iletken cisim akım yönüne dik bir yönde manyetik alana girdiğinde cisim üzerindeki elektronlar belirli kenarlara dağılır ve cismin diğer kenarlarında belirli bir potansiyel (gerilim) meydana gelir. Buna da Hall gerilimi adı verilir.

Hall gerilimi manyetik alanın kuvvetine bağlıdır. Alan ne kadar kuvvetli ise oluşan gelirim o kadar fazladır.

►İlginizi Çekebilir: Hall Olayı ve Kullanım Alanları

Hall etkili sensör galyum arsenid, indiyum antimonit vb. yarı iletken bir maddeden meydana gelir. Manyetik alana girdiği ya da rastladığında sensörün çıkışlarında gerilim meydana gelir. (Hall geriliminin oluşması için, manyetik akı çizgilerinin sensöre 90^º açı ile yani dik gelmesi gerekmektedir.)

Sensörün çıkışlarında oluşan gerilim genellikle çok küçüktür. Bu yüzden yükseltici devreler ile yükseltilebilir.

Hall etkili sensörler analog veya dijital çıkış sinyali verebilirler. Analog çıkışta; sensörün manyetik alana uzaklığı çıkış gerilimini değiştirmektedir. Dijital çıkışta; sensör ‘açık’ ve ‘kapalı’ kontakları ile tasarlandığında, ayar değerinin üzerinde manyetik akı geçişi olursa ‘açık’ duruma geçer, yeterli akı yok ise ‘kapalı’ durumda kalır.

Hall etkili sensör ile endüktif sensörün ikisi de manyetik alan etkileşimini baz alarak çalışmaktadır. Ancak endüktif sensörde, değişen manyetik alanda akım endüklenip gerilim oluşurken; hall etkili sensörde sabit manyetik alanda da gerilim oluşmaktadır.

Son olarak, hall etkili sensör manyetik cisimleri tespit etmekte, DC motorlarda rotorların konumlarını belirlemekte (‘açık’ ve ‘kapalı’ kontaklar aracılığıyla) ve birçok endüstriyel uygulamada kullanılır.