انواع سنسور موقعیت| بررسی مزایا+نحوه انتخاب بهترین مدل

سنسورهای موقعیت ابزاری حیاتی در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون و مهندسی مدرن هستند که وظیفه‌ی شناسایی و اندازه‌گیری موقعیت دقیق اجسام را بر عهده دارند. این دستگاه‌ها در انواع مختلفی مانند سنسورهای خطی، زاویه‌ای و جابجایی طراحی می‌شوند و برای کاربردهایی چون کنترل حرکت در ربات‌ها، تجهیزات اتوماسیون صنعتی و خودروها به کار می‌روند. انتخاب سنسور مناسب بسته به نیازهای خاص پروژه، همچون دقت، نوع حرکت و شرایط محیطی، می‌تواند تاثیر زیادی در عملکرد سیستم داشته باشد. در این مقاله، به معرفی انواع سنسورهای موقعیت، مزایا و معایب هر یک و کاربردهای آن‌ها در صنایع مختلف خواهیم پرداخت تا راهنمایی مفیدی برای انتخاب بهترین سنسور برای نیازهای شما فراهم کنیم.

سنسور موقعیت (Position) چیست؟ 

سنسور موقعیت (Position Sensor) که به سنسور موقعیت سنج نیز نامیده می شود، دستگاهی است که برای اندازه‌گیری و شناسایی موقعیت یک جسم یا قطعه نسبت به یک مرجع ثابت به کار می‌رود. این نوع سنسورها در بسیاری از سیستم‌ها و ماشین‌آلات صنعتی، اتومبیل‌ها، رباتیک و سایر تکنولوژی‌ها کاربرد دارند و به کمک آن‌ها می‌توان تغییرات موقعیت اجسام را با دقت بالایی شناسایی کرد. این سنسورها در انواع مختلف و برای مقاصد متفاوت طراحی می‌شوند، از جمله:

• سنسورهای موقعیت خطی: سنسورهای موقعیت خطی موقعیت جسم را در یک مسیر مستقیم اندازه‌گیری می‌کنند. این نوع سنسورها در سیستم‌های هیدرولیکی، پنوماتیکی و دستگاه‌هایی که نیاز به ردیابی حرکت خطی دارند، به کار می‌روند.
• سنسورهای موقعیت زاویه‌ای: این سنسورها برای اندازه‌گیری تغییرات موقعیت یک جسم حول محور خود استفاده می‌شوند. معمولاً در سیستم‌های رباتیک، موتورهای الکتریکی و دستگاه‌هایی که نیاز به کنترل دقیق زاویه دارند، به کار می‌روند.
• سنسورهای جابجایی: این نوع سنسورها حرکت یک جسم را در جهت‌های خطی یا زاویه‌ای اندازه‌گیری می‌کنند و معمولاً در دستگاه‌های مکانیکی و ماشین‌آلات اتوماتیک برای نظارت بر موقعیت قطعات متحرک استفاده می‌شوند.

سنسور موقعیت چگونه کار میکند؟

همانطور که گفتیم، سنسورهای موقعیت ابزارهایی هستند که برای شناسایی و اندازه‌گیری موقعیت یک جسم نسبت به مرجع ثابت یا اجسام دیگر طراحی شده‌اند. این سنسورها بسته به تکنولوژی و طراحی خود، از روش‌های مختلفی برای عمل کردن استفاده می‌کنند. به‌عنوان مثال، سنسورهای پتانسیومتری با تغییر مقاومت ناشی از حرکت یک شفت مکانیکی، موقعیت جسم را اندازه‌گیری می‌نمایند، در حالی که سنسورهای القایی از تغییرات میدان مغناطیسی که توسط اجسام فلزی ایجاد می‌شود برای شناسایی موقعیت بهره می‌برند.
سنسورهای LVDT از اصول القای الکترومغناطیسی برای اندازه‌گیری جابه‌جایی‌های خطی استفاده می‌کنند. سنسورهای نوری، مانند فتوالکتریک، با استفاده از پرتو نور به شناسایی موقعیت اجسام و تغییرات در مسیر نور پرداخته و سنسورهای لیزری با اندازه‌گیری بازتاب پرتو لیزر از جسم، موقعیت دقیقی را حتی در فواصل طولانی‌تر تعیین می‌کنند. در نهایت، این سنسورها از سیگنال‌های الکتریکی یا نوری برای ارسال اطلاعات موقعیت به سیستم‌های کنترل استفاده می‌کنند تا حرکت یا تغییرات مکانیکی را با دقت بالا اندازه‌گیری نمایند.

مزایا و معایب سنسور های موقعیت

سنسورهای موقعیت با توجه به نوع فناوری و کاربردهایی که دارند، دارای مزایا و معایب متفاوتی هستند. در اینجا به برخی از ویژگی‌ها و محدودیت‌های این سنسورها اشاره می‌کنیم:

مزایا:

• دقت بالا: سنسورهای موقعیت مانند LVDT یا لیزری توانایی اندازه‌گیری موقعیت با دقت بسیار بالایی را دارند.
• کاربرد گسترده: این سنسورها در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، رباتیک، پزشکی، اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های کنترل ترافیک به کار می‌روند.
• عدم نیاز به تماس فیزیکی: سنسورهایی مانند سنسورهای نوری و لیزری بدون تماس فیزیکی با جسم، موقعیت آن را شناسایی می‌کنند که این موضوع باعث کاهش سایش و خرابی قطعات می‌شود.
•  تنوع در انتخاب: سنسورهای موقعیت در انواع مختلفی همچون خطی، زاویه‌ای، مغناطیسی و نوری وجود دارند، که این تنوع امکان انتخاب بهترین سنسور متناسب با نیاز پروژه را فراهم می‌آورد.
• مقاومت در شرایط سخت: برخی از سنسورها مانند سنسورهای مغناطیسی و لیزری در محیط‌های سخت و شرایط دمایی بالا یا مرطوب عملکرد خوبی دارند.
•  پاسخ سریع: سنسورهایی مانند انکودرهای نوری یا لیزری می‌توانند به سرعت موقعیت را اندازه‌گیری و به سیستم‌های کنترل اطلاعات ارسال کنند.

معایب:

•  هزینه بالا: سنسورهایی که دقت بالاتری دارند، مانند لیزری و LVDT، اغلب هزینه‌های بالاتری دارند.
• حساسیت به شرایط محیطی: سنسورهای نوری و لیزری ممکن است تحت تاثیر عواملی مانند گرد و غبار، رطوبت و نور شدید قرار بگیرند و دقت آنها کاهش یابد.
• محدودیت در فواصل طولانی: برخی سنسورها مانند پتانسیومتری یا القایی برای اندازه‌گیری موقعیت در فواصل طولانی مناسب نیستند.
• نیاز به نگهداری و کالیبراسیون: سنسورهایی مثل پتانسیومترها به نگهداری و کالیبراسیون مداوم نیاز دارند و ممکن است با گذشت زمان دقتشان کاهش یابد.
• حساسیت به نویز: سنسورهای آنالوگ مانند پتانسیومترها ممکن است تحت تاثیر نویز الکتریکی قرار بگیرند و باعث اختلال در سیگنال‌های خروجی شوند.

در نهایت، انتخاب سنسور مناسب بستگی به نیاز خاص پروژه و شرایط محیطی دارد و باید با دقت بررسی شود تا بهترین عملکرد را در شرایط مختلف ارائه دهد.

کاربردهای سنسور موقعیت

چگونه سنسور موقعیت‌سنج مناسب انتخاب کنیم؟

زمانی که تصمیم به انتخاب سنسور موقعیت (سنسور جابه‌جایی) می گیرید باید ابتدا مشخص کنید که آیا به سنسور خطی نیاز دارید یا سنسور چرخشی. همچنین باید دامنه اندازه‌گیری، رزولوشن مورد نظر و میزان تکرارپذیری که لازم است، تعیین شود. علاوه بر این، بسته به نوع نصب مورد نظر، باید شکل و طراحی سنسور انتخابی را نیز در نظر بگیرید. همچنین مهم است که نحوه استفاده از سیگنال خروجی سنسور را مشخص کنید. در نهایت، لازم است که نیاز به سنسورهای خاص برای شرایط خاص محیطی مانند محیط‌های مرطوب، آلوده به گرد و غبار، یا محیط‌های خطرناک (با استاندارد ATEX) را بررسی کنید تا از عملکرد بهینه و ایمنی دستگاه اطمینان حاصل شود.

انواع سنسورهای موقعیت سنج (Position)

در ادامه انواع سنسورهای موقعیت را نام بردیم.

• سنسورهای موقعیت پتانسیومتری (بر اساس مقاومت)
• سنسورهای موقعیت القائی
• ترانسفورمر تفاضلی متغیر خطی (LVDT)
• سنسورهای موقعیت بر اساس جریان ادی
• سنسورهای موقعیت مگنتواستریکتیو
• سنسورهای موقعیت مبتنی بر اثر هال
• سنسورهای موقعیت فیبرنوری
• سنسورهای موقعیت اپتیکی
• سنسورهای موقعیت التراسونیک

سنسور موقعیت پتانسیومتری

پتانسیومترها یکی از رایج‌ترین انواع سنسورهای موقعیت هستند که به دلیل هزینه پایین و عملکرد ساده، محبوبیت زیادی دارند. این ابزار از یک شفت مکانیکی و اتصال لغزان تشکیل شده که می‌تواند حرکت زاویه‌ای یا خطی داشته باشد. در هنگام حرکت، مقاومت بین تیغه لغزان و مسیر مقاومتی تغییر می‌کند که باعث تولید یک سیگنال الکتریکی خروجی می‌شود.
در پتانسیومتر، تغییر موقعیت تیغه لغزان باعث تغییر مقاومت و به تبع آن، تغییر سیگنال خروجی می‌شود. این سیگنال می‌تواند از ۰ تا ولتاژ تغذیه متغیر باشد، به طوری که موقعیت وسط تیغه لغزان معمولاً معادل با ولتاژ میانه، مانند ۵ ولت در سیستم‌های ۱۰ ولتی است.
پتانسیومترها در انواع مختلف طراحی می‌شوند، شامل مدل‌های چرخشی و خطی. در حالت چرخشی، چرخش شفت به طور مستقیم با موقعیت جسم متحرک مرتبط است. این سنسورها به طور گسترده در سیستم‌های اندازه‌گیری موقعیت و کنترل ولتاژ به کار می‌روند.
با وجود مزایای بسیاری مانند هزینه کم و سادگی، این سنسورها معایبی دارند که شامل دقت پایین، محدودیت در پاسخ فرکانسی، تکرارپذیری ضعیف و مشکلات ناشی از خوردگی در اثر حرکت قطعات می‌باشد. همچنین، محدوده حرکت تیغه لغزان در این دستگاه‌ها محدود است. پتانسیومترهای چرخشی تک دور معمولاً بین ۰ تا ۳۳۰ درجه حرکت می‌کنند، در حالی که مدل‌های چند دور می‌توانند تا ۳۶۰۰ درجه چرخش داشته باشند. مدل‌های مقاومتی با پلاستیک رسانا و فیلم پلیمری می‌توانند مشکلات نویز و طول عمر پایین را حل کنند و برای کاربردهای دقیق‌تر استفاده می‌شوند.

مزایا و معایب پتانسیومترها

سنسورهای موقعیت القایی (INDUCTIVE SENSORS)

ترانسفورمر تفاضلی متغیر خطی (LVDT) یک سنسور دقیق برای اندازه‌گیری جابه‌جایی‌های خطی است که با استفاده از اصول القای الکترومغناطیسی کار می‌کند. این دستگاه شامل سه سیم‌پیچ است که در یک لوله توخالی قرار دارند و یک هسته فرومغناطیسی درون آن حرکت می‌کند. با اعمال ولتاژ AC به سیم‌پیچ اولیه، سیگنال‌های الکترومغناطیسی در دو سیم‌پیچ ثانویه القا می‌شود. بسته به موقعیت هسته، ولتاژ خروجی تغییر می‌کند و این تغییرات به طور خطی با حرکت هسته مرتبط است.

مزیت اصلی LVDT نسبت به پتانسیومترها دقت بالا و عملکرد بدون اصطکاک است که موجب می‌شود سیگنال خروجی آن خطی باشد و نویز کمی تولید کند. این سنسورها توانایی کار در شرایط محیطی سخت را دارند و دارای طول عمر بالایی هستند. به دلیل این ویژگی‌ها، LVDT در کاربردهایی مانند اندازه‌گیری دقیق موقعیت و ترانسدیوسرهای فشار بسیار مفید است، چرا که قادر به تشخیص دقیق جهت و میزان جابه‌جایی هسته هستند.

سنسور موقعیت مجاورتی القایی

سنسور موقعیت مجاورتی القایی یا سنسور جریان گردابی، برای شناسایی حضور اشیا در نزدیکی خود استفاده می‌شود و به طور غیرتماسی عمل می‌کند. این سنسور از میدان مغناطیسی برای تشخیص اشیای فلزی استفاده می‌کند و با تغییرات ایجاد شده در میدان مغناطیسی، یک سیگنال خروجی تولید می‌کند. در ساختار این سنسور، سیم‌پیچی حول هسته آهنی قرار دارد که با اعمال میدان مغناطیسی، یک حلقه القایی ایجاد می‌کند و در نتیجه حضور اجسام فلزی را تشخیص می‌دهد.

سنسور موقعیت مجاورتی القایی از چهار قسمت اصلی شامل اسیلاتور برای تولید میدان الکترومغناطیسی، سیم‌پیچ برای ایجاد میدان مغناطیسی، مدار آشکارساز برای شناسایی تغییرات میدان، و مدار خروجی برای تولید سیگنال نهایی تشکیل شده است. این سنسورها به طور غیرتماسی قادر به تشخیص حضور اشیا فلزی، به ویژه آهنی، در نزدیکی خود هستند و برای استفاده در محیط‌های آلوده و مرطوب مناسب‌اند. بازه اندازه‌گیری آن‌ها معمولاً بین ۰٫۱ تا ۱۲ میلی‌متر است. همچنین، این سنسورها در کاربردهایی مانند کنترل جریان ترافیک و تغییر وضعیت چراغ‌های راهنمایی با تشخیص عبور خودروها از تقاطع‌ها استفاده می‌شوند، جایی که تغییرات در اندوکتانس سنسور باعث فعال شدن خروجی می‌شود.

مزایا و معایب سنسور موقعیت مجاورتی القایی

سنسورهای مغناطیسی (Magnetic sensors)

سنسور مغناطیسی یک نوع سنسور مجاورتی است که با واکنش به میدان مغناطیسی ناشی از آهنرباهای دائم یا الکتریکی عمل می‌کند. این سنسورها دارای کنتاکت‌های تیغه‌ای از جنس مواد فرومغناطیسی مانند آلیاژ آهن و نیکل هستند که در داخل یک لوله کوچک پر از گاز نیتروژن (گازی غیر فعال و غیر قابل اشتعال) قرار گرفته‌اند. معمولاً از این سنسورها برای کنترل حرکت سیلندرها استفاده می‌شود، ولی کاربردهای دیگری نیز دارند از جمله شمارش اشیاء، تشخیص وضعیت باز یا بسته بودن درب‌ها، اندازه‌گیری سرعت چرخش و کنترل موقعیت تجهیزات مختلف.

مزایا و معایب سنسور مغناطیسی:

چرا سنسور موقعیت‌سنج مغناطیسی انتخاب کنیم؟

سنسورهای موقعیت‌سنج مغناطیسی با استفاده از میدان مغناطیسی آهن‌ربا یا نوار مغناطیسی موقعیت را اندازه‌گیری می‌کنند و به‌طور ویژه برای سنجش موقعیت پیستون‌ها کاربرد دارند. این سنسورها دارای عملکرد سنگین بوده و به مایعات و گرد و خاک حساسیت کمی دارند، اما در برابر ضربه و تداخلات مغناطیسی آسیب‌پذیرند و هیسترسیس ممکن است دقت آن‌ها را تحت تأثیر قرار دهد. سنسور موقعیت‌سنج مغناطیسی را می‌توان به دلایل زیر انتخاب کرد:

•  عملکرد سنگین: این سنسورها برای استفاده در شرایط سخت و محیط‌های با فشار بالا مناسب هستند.
• عدم حساسیت به مایعات و گرد و خاک: در برابر حضور مایعات و گرد و غبار مقاومند و می‌توانند در محیط‌های صنعتی سخت عمل کنند.
• دقت بالا: برای سنجش موقعیت در کاربردهایی مانند پیستون‌ها یا سیستم‌های مکانیکی دقیق، مناسب هستند.
• مقاومت در برابر عوامل محیطی: این سنسورها معمولاً به شرایط خارجی مانند مایعات یا گرد و غبار حساسیت کمی دارند، که باعث افزایش دوام و عمر مفید آن‌ها می‌شود.

چرا سنسور موقعیت‌سنج مغناطوکشسانی (Magnetostrictive) انتخاب کنیم؟

سنسورهای مغناطوکشسانی با ارسال پالس الکتریکی و ایجاد میدان مغناطیسی، موجی مکانیکی تولید می‌کنند که پس از برخورد با میدان مغناطیسی آهن‌ربای خارجی، به سر خوانش باز می‌گردد. این سنسورها به دلیل عملکرد سنگین و دقت بالا در اندازه‌گیری موقعیت‌های طولانی (چندین متر) محبوب هستند و در برابر لرزش، ضربه و دماهای تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد مقاومند، اگرچه تغییرات دمایی ممکن است دقت آن‌ها را تحت تأثیر قرار دهد. از سوی دیگر، قیمت بالای این سنسورها یکی از معایب آن‌ها است.

سنسورهای موقعیت بر اساس جریان ادی

جریان‌های ادی، جریان‌های الکتریکی هستند که در مواد هادی به دلیل تغییرات میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می‌شوند و باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی ثانویه می‌گردند. این جریان‌ها در حلقه‌های بسته حرکت می‌کنند و تحت تأثیر قانون فارادی قرار دارند.
زمانی که یک حلقه به وسیله جریان متناوب تحریک می‌شود و میدان مغناطیسی تولید می‌کند، حضور یک ماده هادی در نزدیکی آن می‌تواند موجب تغییر در امپدانس حلقه شود. این تغییر در امپدانس می‌تواند برای اندازه‌گیری فاصله شیء از حلقه استفاده گردد.
سنسورهای موقعیت مبتنی بر جریان‌های ادی برای تشخیص اجسام هادی طراحی شده‌اند و عمدتاً به عنوان سنسورهای نزدیکی عمل می‌کنند. این سنسورها می‌توانند به دقت فاصله نسبی یک شیء را از سنسور اندازه‌گیری کنند، اما قادر به تعیین جهت دقیق شیء نسبت به سنسور نیستند.

مزایا:

• دقت بالا در تشخیص فاصله: قادر به شبیه‌سازی دقیق فاصله نسبی شیء از سنسور.
• عدم نیاز به تماس فیزیکی: چون از میدان‌های مغناطیسی و جریان‌های الکتریکی استفاده می‌کنند، نیازی به تماس فیزیکی با شیء ندارند.
• مقاومت در برابر شرایط محیطی: می‌توانند در محیط‌های سخت و پر سر و صدا کار کنند زیرا تحت تأثیر شرایط محیطی مثل گرد و غبار یا رطوبت قرار نمی‌گیرند.
• پاسخ سریع: این سنسورها به سرعت تغییرات را شبیه‌سازی کرده و پاسخ می‌دهند.

معایب:

• عدم شناسایی جهت: تنها می‌توانند فاصله نسبی شیء از سنسور را تشخیص دهند و قادر به تشخیص جهت دقیق شیء نیستند.
• محدودیت در فاصله: توانایی شبیه‌سازی فاصله دقیق محدود است و برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری فاصله دقیق یا موقعیت دقیق دارند، ممکن است مناسب نباشد.
• نیاز به مواد هادی: فقط در صورتی که شیء هادی باشد، می‌توانند به درستی عمل کنند.

سنسورهای موقعیت مبتنی بر اثر هال

سنسورهای موقعیت مبتنی بر اثر هال از خاصیت فیزیکی استفاده می‌کنند که در آن، هنگامی که جریان الکتریکی از یک هادی نازک عبور می‌کند و در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، میدان مغناطیسی باعث جمع شدن بارهای الکتریکی در یک طرف هادی می‌شود و اختلاف پتانسیلی به نام ولتاژ هال ایجاد می‌کند.

این ولتاژ به جهت عمودی نسبت به جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود و اندازه آن به قدرت میدان مغناطیسی بستگی دارد. در سنسورهای موقعیت اثر هال، با تغییر موقعیت جسم و تغییر در میدان مغناطیسی اعمالی به سنسور، ولتاژ هال تغییر کرده و به این ترتیب موقعیت جسم اندازه‌گیری می‌شود. این تغییرات ولتاژ هال نشان‌دهنده موقعیت دقیق جسم است.

مزایا و معایب سنسور موقعیت اثر هال

انکودرهای چرخشی

انکودرهای چرخشی نوعی سنسورهای موقعیت غیرتماسی و نوری هستند و با خرید انکودر روتاری می توان جهت تبدیل موقعیت زاویه‌ای یک شفت چرخان به سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال استفاده کرد. این سنسورها به وسیله یک دیسک کدگذاری شده چرخشی با رزولوشن بالا که توسط نور منتشر شده از یک LED یا منبع مادون قرمز اسکن می‌شود، اطلاعات مربوط به موقعیت شفت را استخراج می‌کنند. این کدها که می‌توانند باینری، گری یا BCD باشند، توسط آشکارساز نوری شناسایی و به پالس‌های دیجیتال تبدیل می‌شوند که سپس به کنترل‌کننده ارسال می‌شود تا موقعیت دقیق شفت موتور تعیین گردد.

• انکودر موقعیت افزایشی

انکودرهای افزایشی نوعی سنسور موقعیت هستند که برای تشخیص حرکت چرخشی شفت به پالس‌های مربعی تبدیل می‌کنند. این سنسورها شامل یک دیسک کدگذاری شده هستند که از بخش‌های شفاف و تیره تشکیل شده و هنگام چرخش، پالس‌های مربعی تولید می‌شود که برای محاسبه موقعیت زاویه‌ای استفاده می‌شوند. انکودرهای افزایشی دارای دو خروجی تربیعی هستند که با ۹۰ درجه اختلاف فاز یکدیگر عمل می‌کنند و برای تعیین جهت چرخش شفت کاربرد دارند.

رزولوشن این انکودرها بستگی به تعداد سگمنت‌های روی دیسک دارد و با افزایش تعداد خطوط تیره، دقت انکودر افزایش می‌یابد. یکی از معایب این سنسورها نیاز به شمارنده‌ها برای تعیین موقعیت مطلق و احتمال اشتباه در اطلاعات زاویه‌ای در صورت قطع تغذیه یا مشکلات فنی مانند کثیفی دیسک است. برای رفع این مشکلات، از انکودرهای موقعیت مطلق استفاده می‌شود.

•  انکودر موقعیت مطلق

انکودرهای موقعیت مطلق دارای ساختار پیچیده‌تری نسبت به انکودرهای افزایشی هستند و برای هر موقعیت چرخشی یک کد خروجی منحصر به فرد تولید می‌کنند که علاوه بر نشان دادن موقعیت، جهت چرخش را نیز مشخص می‌کند. این انکودرها از دیسک‌هایی با چندین مسیر کدگذاری شده که هر کدام توسط آشکارساز نوری مستقل خوانده می‌شوند، تشکیل شده‌اند.

به عنوان مثال، انکودر مطلق ۱۲ بیتی دارای ۱۲ مسیر است که هر کدام تنها یکبار در هر چرخش ظاهر می‌شود. یکی از مزایای این نوع انکودر، حافظه غیر فرار آن است که موقعیت دقیق را حتی پس از قطع تغذیه حفظ می‌کند. این انکودرها به ویژه در کاربردهایی مانند هارد درایوهای کامپیوتری، درایوهای CD/DVD، پرینترها و دستگاه‌های ترسیم‌کننده استفاده می‌شوند، جایی که نیاز به حفظ موقعیت دقیق است.

سنسور فوتوالکتریک(Photoelectric sensors)

سنسور فتوالکتریک یک دستگاه تشخیص موقعیت است که با استفاده از پرتو نور عمل می‌کند. این سنسور از یک منبع نوری، گیرنده برای دریافت نور و مدارات الکترونیکی برای تقویت سیگنال دریافتی تشکیل شده است. سنسورهای فتوالکتریک می‌توانند به سه روش مختلف روش پرتوی کامل (Through Beam)، روش بازتابی (Reflective) و روش انتشار(Diffuse)
عمل کنند: در روش پرتوی کامل، فرستنده و گیرنده روبروی هم نصب می‌شوند و زمانی که جسمی بین آن‌ها قرار گیرد، نور قطع شده و حضور جسم اعلام می‌شود.

در روش بازتابی، علاوه بر فرستنده و گیرنده، یک بازتاب‌کننده نیز وجود دارد که نور فرستاده شده را بازتاب کرده و به گیرنده ارسال می‌کند. در روش انتشار، فرستنده و گیرنده در یک طرف نصب شده و شی در مقابل نور ارسالی قرار می‌گیرد، سپس بازتاب نور به گیرنده رسیده و موقعیت جسم مشخص می‌شود.

سنسورهای موقعیت التراسونیک

سنسورهای اولتراسونیک برای اندازه‌گیری موقعیت، امواج صوتی با فرکانس بالا ارسال می‌کنند که معمولاً توسط یک ترانسدیوسر پیزوالکتریک تولید می‌شود. این امواج پس از برخورد با شیء مورد نظر، بازتاب می‌شوند و به ترانسدیوسر برمی‌گردند، جایی که سیگنال خروجی ایجاد می‌شود. این سنسورها می‌توانند به دو صورت عمل کنند: به عنوان سنسورهای مجاورتی که تشخیص می‌دهند یک شیء در نزدیکی سنسور قرار دارد، یا به عنوان سنسورهای موقعیت که فاصله دقیق شیء را اندازه‌گیری می‌کنند.

یکی از مزایای سنسورهای اولتراسونیک این است که قادرند با انواع مختلفی از مواد و ویژگی‌های سطحی اشیاء تعامل داشته باشند و اشیاء کوچک را در فواصل طولانی‌تری نسبت به سایر سنسورهای موقعیت شناسایی کنند. علاوه بر این، این سنسورها در برابر لرزش، نویزهای محیطی، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تابش مادون‌قرمز مقاوم هستند.

سنسورهای لیزری و فاصله (Laser sensors/distance measurement sensors) 

سنسورهای لیزری از دقیق‌ترین ابزارها در زمینه اتوماسیون صنعتی و اندازه‌گیری دقیق به شمار می‌روند. این سنسورها از پرتو نور لیزر برای تشخیص موقعیت یا اندازه‌گیری دقیق فاصله اجسام استفاده می‌کنند و به طور معمول به دسته‌های مختلف با خروجی‌های آنالوگ یا دیجیتال تقسیم می‌شوند. در مدل‌های تشخیص خطی، یک فرستنده و یک گیرنده به طور جداگانه عمل می‌کنند، در حالی که در مدل‌های بازتابی، پرتو لیزر توسط یک آینه به فرستنده بازتاب داده می‌شود. برخی از مدل‌ها نیز فرستنده و گیرنده را در یک واحد ترکیب می‌کنند. این سنسورها به‌ویژه در شرایطی که فاصله زیاد، گرد و غبار یا محیط‌های سخت وجود دارد، کاربرد دارند.

سنسورهای لیزری در انواع مختلفی عرضه می‌شوند، از جمله سنسورهای یک طرفه، رفلکتروی پلاریزه، دو طرفه و سنسورهای فاصله. این سنسورها برای کاربردهایی مانند تشخیص سوراخ‌های ریز، کنترل ابزارهای کار، تشخیص انحراف قطعات و شناسایی قطعات کوچک استفاده می‌شوند.

مزایا:

• دقت بالا: سنسورهای لیزری به دلیل استفاده از پرتو نور لیزر، دقت بسیار بالایی در اندازه‌گیری فاصله دارند.
• سرعت بالا: این سنسورها قادر به اندازه‌گیری سریع فاصله یا موقعیت در زمان‌های بسیار کوتاه هستند.
• بدون تماس: سنسورهای لیزری به صورت غیر تماسی عمل می‌کنند، یعنی نیاز به تماس فیزیکی با شیء برای اندازه‌گیری ندارند.
• قابلیت اندازه‌گیری در مسافت‌های طولانی: این سنسورها می‌توانند فاصله‌های طولانی را اندازه‌گیری کنند، حتی در شرایطی که نیاز به دقت بالاست.
• مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت: سنسورهای لیزری می‌توانند در محیط‌هایی با گرد و غبار، رطوبت و دمای بالا یا پایین به خوبی عمل کنند.
• دقت در شرایط پیچیده: این سنسورها در تشخیص قطعات کوچک، شکاف‌ها و انحرافات نیز دقت بالایی دارند.

معایب:

• حساسیت به شرایط محیطی: پرتو لیزر می‌تواند تحت تاثیر شرایط محیطی مانند گرد و غبار، بخار آب یا نور شدید قرار بگیرد و دقت آن کاهش یابد.
• قیمت بالا: سنسورهای لیزری نسبت به بسیاری از سنسورهای دیگر مانند سنسورهای اولتراسونیک یا القایی گران‌تر هستند.
• نیاز به دید مستقیم: برای عملکرد صحیح، سنسورهای لیزری نیاز به خط دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده دارند، و در صورت وجود موانع، ممکن است دقت آن‌ها کاهش یابد.
• محدودیت در بعضی محیط‌ها: در برخی محیط‌های خاص، مانند محیط‌های بسیار روشن یا بسیار تاریک، سنسورهای لیزری ممکن است با مشکلاتی مواجه شوند.
• محدودیت در فاصله و زاویه: برخی از سنسورهای لیزری ممکن است تنها در فاصله‌ها و زاویه‌های خاصی کار کنند و نیاز به تنظیم دقیق دارند.

سنسور فورک(چنگال نوری) optical forks and angle sensors

سنسورهای فورک که به عنوان سنسورهای چاکدار شناخته می‌شوند، قادر به شناسایی بارکدها از طریق ارسال پرتو نور یا لیزر هستند. این سنسور که به صورت دروازه‌ای طراحی شده، دارای فرستنده و گیرنده در دو طرف خود است. با عبور یک جسم از فاصله میان این دو قسمت، سنسور حضور آن را شناسایی کرده و در صورت نیاز، بارکد محصول را می‌خواند یا صحت و اصالت آن را از طریق روش‌های مختلف تایید می‌کند.

این سنسور از دقت و سرعت بالایی برخوردار بوده و در یک محفظه فلزی مقاوم قرار دارد. نصب آن بسیار آسان و سریع است، به طوری که نیازی به تنظیمات پیچیده برای ترانسمیتر و رسیور ندارد.
این نوع سنسور در صنایع مختلفی همچون ماشین‌آلات بسته‌بندی، سیستم‌های درب اتوماتیک و همچنین در صنایع دارویی و غذایی به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.

سنسور فیبر نوری (Fibre optic sensors)

سنسورهای فیبر نوری ابزارهایی هستند که بر مبنای فیبر نوری طراحی و ساخته می‌شوند و قادرند پارامترهایی مانند دما، فشار، ارتعاش، جابجایی، چرخش، غلظت مواد شیمیایی، سطح مخازن، ترک‌های موجود در ورق‌ها، انحراف پارچه و نظارت بر تردد را شبیه‌سازی و اندازه‌گیری کنند. اگر سنسور فیبر نوری برای شناسایی تغییرات موقعیتی یا جابجایی طراحی شده باشد، می‌توان آن را به عنوان یک سنسور موقعیت در نظر گرفت. این دستگاه‌ها از مجموعه‌ای از اجزاء و ابزارهای خاص بهره می‌برند که مهم‌ترین آن‌ها شامل منبع نوری (معمولاً لیزر تک فرکانس فیبر)، بخش اصلی حسگر، آشکارساز نوری و سیستم‌های پردازش داده‌ها هستند.
فیبر نوری به ویژه در محیط‌هایی که امکان نصب سنسورهای استاندارد فوتوالکتریک وجود ندارد، کاربرد گسترده‌ای دارد. یکی از مزایای این سیستم‌ها توانایی ارزیابی الکترونیکی و جدا کردن اجزای نوری از بخش‌های حسگری است. این ویژگی به سنسورهای فیبر نوری این امکان را می‌دهد که در فضاهای دشوار و کم‌دسترس نصب شوند.

سخن نهایی

در این مقاله، به بررسی سنسورهای موقعیت و انواع مختلف آن‌ها پرداختیم. از سنسورهای خطی و زاویه‌ای گرفته تا مدل‌های پیشرفته‌تر مانند سنسورهای مغناطیسی و لیزری، هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. همچنین، به مزایا و معایب هر نوع سنسور اشاره کردیم و نکاتی درباره انتخاب بهترین سنسور برای نیازهای مختلف ارائه دادیم. این اطلاعات می‌تواند به شما کمک کند تا تصمیم بهتری در انتخاب سنسور موقعیت مناسب برای پروژه‌های صنعتی و اتوماسیون خود بگیرید.

سوالات متداول سنسور موقعیت سنج

سنسور موقعیت چیست؟

سنسور موقعیت (Position Sensor) که به سنسور موقعیت سنج نیز نامیده می شود، دستگاهی است که برای اندازه‌گیری و شناسایی موقعیت یک جسم یا قطعه نسبت به یک مرجع ثابت به کار می‌رود

چرا سنسور موقعیت پتانسیومتری انتخاب کنیم؟

سنسورهای موقعیت پتانسیومتری به دلیل دقت بالا و قیمت ارزان انتخاب مناسبی هستند، زیرا با اندازه‌گیری تغییرات مقاومت در یک شیار رسانا، موقعیت قطعه را محاسبه می‌کنند. اما این سنسورها نسبت به فرسایش، لرزش، اجسام خارجی و دماهای بالا حساسیت دارند.

چرا سنسور موقعیت‌سنج LVDT یا RVDT انتخاب کنیم؟

سنسورهای LVDT و RVDT با استفاده از دو ترانسفورماتور و هسته مغناطیسی مشترک، حرکت قطعه را اندازه‌گیری کرده و ولتاژ الکتریکی تغییر یافته برای محاسبه موقعیت استفاده می‌کنند. این سنسورها دقت بالا، قابلیت اعتماد، و مقاومت در محیط‌های سخت دارند، اما معمولاً گران و سنگین هستند.

چرا سنسور موقعیت‌سنج نوری (انکودر) انتخاب کنیم؟

سنسور موقعیت‌سنج نوری (انکودر) به دلیل دقت بالا، سرعت پاسخگویی سریع و عدم نیاز به تماس فیزیکی برای اندازه‌گیری موقعیت، گزینه‌ای مناسب برای کاربردهایی با نیاز به دقت و سرعت بالا است.

کاربران محتواهای زیر را نیز خوانده اند...

انواع سنسور صنعتی مورد استفاده در اتوماسیون انواع سنسور دمایی | معرفی دقیق ترین سنسور دما بررسی جامع سنسور سطح سنج انکودر چیست|بررسی انواع انکودر انکودر خطی یا خط کش دیجیتال چیست کاربرد ترموکوپل چیست و انواع آن کدام است؟ اتوماسیون صنعتی چیست و چه کاربردی دارد بررسی سیستم های کنترل صنعتی و نقش آن در اتوماسیون