Pomiary drogi (przemieszczenia) i kÄ…ta [5]
Metody potencjometryczne  Odwzorowanie wielkości
wejściowej (droga, kąt) w zmianę oporności (R(x)). Obiekt
pomiaru łączony jest bezpośrednio lub za pomocą przekładni
ze ślizgaczem potencjometru (obrotowego lub liniowego)
[5]
Właściwości.
Zakres -potencjometry obrotowe 0o-360 o
-liniowe 0-20 mm do 0-2m
Oporność 100 &! do 100k&!
Liniowość 0,05%  0,2%
Trwałość  106 - 108 cykli
Pomiary statyczne i dynamiczne.
Podatność na zużycie.
Metody indukcyjne  wykorzystuje się oddziaływanie ciała
ferromagnetycznego na indukcjÄ™ magnetycznÄ… w cewce.
Czujnik dławikowy prosty (zmiana szczeliny powietrznej x)
Indukcyjność obwodu L zależy od szczeliny powietrznej.
L(x) jest nieliniowe stąd konieczność zastosowania
linearyzacji.
Czujnik dławikowy różnicowy
Różnica sygnałów jest w przybliżeniu liniowa.
Pomiary statyczne i dynamiczne.
Czujnik transformatorowy
Wykorzystują zmianę indukcyjności wzajemnej między
cewkami (obecność dodatkowej cewki wzbudzeniowej po
stronie wtórnej)
Pracuje przeważnie w układzie różnicowym
[5]
Właściwości:
zakresy pomiarowe 0,1 ...100mm
liniowość 0,15 ..0,5 %
dryf temperaturowy 0,003 .. 0,01 %/K
Pomiary statyczne i dynamiczne.
Pomiar kontaktowy
Podlega zużywaniu się
Czujniki parametryczne wymagajÄ…ce zasilania
Czujnik wiroprÄ…dowy
Podstawowe elementy układu:
" czujnik z cewką nawiniętą na izolatorze ceramicznym,
" generator wysokiej częstotliwości (1MHz). generowany
prąd przepływa przez cewkę czujnika i wytwarza
szybkozmienne pole magnetyczne indukujÄ…ce prÄ…dy
wirowe w przewodniku. Te z kolei wytwarzajÄ… pole
magnetyczne które nakładając się na pierwotne zmienia
oporność magnetyczną i indukcyjność cewki. Skutkiem
zmian zależnych od odległości jest zmiana amplitudy i
fazy prądu płynącego w obwodzie generatora (A(d),f(d)).
" demodulator, który przekształca powstający
zmodulowany sygnał w niskoczęstotliwościowe zmiany
napięcia zależne liniowo od odległości.
Właściwości:
Charakterystyka liniowa w szerokim przedziale odległości
Zakresy pomiarowy nawet do 4mm dla pomiarów statycznych
Niewielkie rozmiary
Zależność charakterystyki od przenikalności magnetycznej i
kształtu czopa wału (wymagana odrębna kalibracja każdego
układu)
Wpływ temperatury na charakterystykę układu (np. 5% na
60C)
Mała wartość składowej dynamicznej w porównaniu do
składowej statycznej mierzonego na wyjściu demodulatora
napięcia
Zakres dynamiczny 500:1
Zakres częstotliwości 0 -10kHz (teoretycznie)
0 -2000Hz (praktycznie)
Pomiar bezkontaktowy
Brak części ruchomych, brak zużycia z tym związanego
Pomiary statyczne i dynamiczne
Czujnik parametryczny wymagajÄ…cy zasilania
Metody pomiaru za pomocą sensorów pola magnetycznego
(hallotrony)
Sensory pola magnetycznego wykorzystujÄ… odchylenie
ładunków poruszających się polu magnetycznym.
[5]
Cienka płytka półprzewodnikowa przez którą przesyłany jest
prąd sterujący Io . Tory elektronów odchylane są przez
składową pola magnetycznego o gęstości strumienia
magnetycznego Bz co powoduje powstanie różnicy
potencjałów na poprzecznych stronach płytki UH (napięcie
Halla UH(Bz)) .
W celu pomiaru drogi magnes stały jest przymocowany do
poruszajÄ…cego siÄ™ obiektu i prowadzony ponad nieruchomym
czujnikiem.
Właściwości
Decydującą zaletą jest wytwarzanie elementów czujnika jak i
elektroniki opracowujÄ…cej za pomocÄ… standardowej
technologii półprzewodnikowej (zintegrowane w jednym
chipie)
Konieczność linearyzacji, duża czułość poprzeczna (Bz)
zmienia się także w podczas ruchu pionowego do kierunku
pomiaru.
Pomiar statyczny i dynamiczny.
Metody pojemnościowe  jako efekt pomiarowy
wykorzystywana jest zmiana pojemności kondensatora
płytowego (C(d)).
W celu pomiaru mogą być wykorzystane zmiany powierzchni
płyty, odległości płyt, przenikalności elektrycznych.
Właściwości:
Możliwość wytwarzania prawie dowolnych charakterystyk
poprzez odpowiednie ukształtowanie geometrii płyty.
Nieczułość na wahania temperatury i możliwość pracy w
wysokich temperaturach.
Wpływ pojemności kabla łączącego przetwornik z innymi
elementami układu pomiarowego.
Pomiar statyczny i dynamiczny
Zakres pomiarowy 0,1 ..10 mm
Rozdzielczość 0,1 ... 10 nm
Liniowość 0,01%
Czujniki parametryczne wymagajÄ…ce zasilania
Metody ultradz
więkowe - pomiar opiera się na pomiarze czasu
przebiegu impulsu ultradz
więkowego od z
ródła do odbiornika.
Jako przetworniki stosuje siÄ™ elementy piezoelektryczne (przy
przyłożeniu napięcia piezoelektryki odkształcają się). Przy
krótkotrwałym pobudzeniu zmiennym napięciem drgają
generując sygnał ultradz
więkowy (20kHz- 200kHz) , który
odbijajÄ…c siÄ™ od przeszkody wraca do tego samego
przetwornika, który jest w  stanie oczekiwania . Ponieważ
efekt piezoelektryczny jest odwracalny (przy odkształcaniu
wytwarza siÄ™ na powierzchni Å‚adunek elektryczny) ten sam
element służy jako odbiornik.
[5]
Właściwości:
Konieczność zastosowania filtru pasmowego (blok
przygotowanie sygnału) strojonego na częstotliwość
generowanego sygnału.
Zależność prędkości rozchodzenia się fali ultradz
więkowej od
temperatury, wilgotności i ciśnienia stycznego powietrza
(pomijalny).
Wpływ temperatury na prędkość fali akustycznej w powietrzu
390
380
370
360
350
340
330
320
310
-20 0 20 40 60 80 100
Temperatura [C]
Przy wyskalowanym pomiarze dla temperatury 20 C i
dalszych pomiarach np. w 100C błąd ok. 12%
Konieczność kompensacji wpływu temperatury (zintegrowany
czujnik temperatury)
Własności przetwornika zależą od częstotliwości generowanej
fali ultradz
więkowej: wyższe częstotliwości pozwalają na
zwiększenie rozdzielczości pomiaru, ale są łatwiej
pochłaniane przez powietrze.
Należy także uwzględnić ewentualne zakłócenia od innych
z
ródeł ultradz
więków.
Należy wziąć pod uwagę silne pochłanianie ultradz
więków
przez niektóre materiały o strukturze porowatej i o niewielkiej
gęstości (np. tworzywa piankowe) lub niektóre gazy (np. CO2)
oraz minimalną wielkość rozpoznawanego obiektu.
Pomiar statyczny i dynamiczny.
Prędkosć dz
więku [m/s]
Magnetostrykcyjne czujniki drogi
Magnetostrykcja  efekt odkształcenia sprężystego ferromagnetyka
pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.
[5]
Element pomiarowy ( przewód falowy ) składa się z rury wykonanej
z materiału magnetostrykcyjnego (np. stopy z udziałem niklu), w
której wnętrzu znajduje się drut miedziany. Na ten drut podaje się
impulsy elektryczne (np. o częstotliwości 1 kHz) co powoduje
powstanie kołowego pola magnetycznego w przewodzie falowym. W
miejscu pomiaru położenia znajduje się magnes (przeważnie
pierścieniowy) dający prostopadłe do przewodu falowego linie pola
magnetycznego. Nakładanie się pól magnetycznych wywołuje efekt
magnetostrykcji w przewodzie falowym i powoduje skręcenie
przewodu falowego. Ponieważ przepływający prąd w przewodniku to
krótki impuls w przewodzie powstaje fala skrętna rozchodząca się od
miejsca lokalizacji magnesu pierścieniowego do obu końców
przewodu falowego.
Fala skrętna dociera do przetwornika piezoelektrycznego którego
odkształcenie powoduje generację napięcia. W drugim kierunku fala
jest wytłumiana poprzez tłumik. Czas od przyłożenia napięcia impulsu
prądowego aż do rejestracji fali skrętnej przez przetwornik
piezoelektryczny jest proporcjonalny do odległości miedzy magnesem
( z możliwością przemieszczania się) i końcem pręta. Pomiar drogi
następuje w oparciu o pomiar czasu.
Właściwości:
Rozdzielczość 20 50 µm przy dÅ‚ugoÅ›ci nawet kilku metrów.
Prostota budowy, możliwość stosowania w warunkach ekstremalnych.
Pomiary statyczne i dynamiczne.
Nadajniki wartości absolutnej kąta - resolwery
Resolwery optyczne  składają się z tarczy szklanej z kilkoma
współosiowo umieszczonymi ścieżkami z jasnymi i ciemnymi
polami.
[5]
Ścieżki te są odczytywane przez promieniowo usytuowane
bramki świetlne (fotoelementy). Liczba ścieżek ustala
rozdzielczość resolwera. Za pomocą n ścieżek można
zakodować 2n położeń. Ostateczny zakres i rozdzielczość
wynika z zastosowanych przełożeń mechanicznych (np. kilka
tarcz związanych poprzez przekładnie mechaniczne o
przełożeniach równych rozdzielczości każdej z nich).
Z definicji pomiary statyczne jak i dynamiczne.
Inkrementalne metody pomiarowe
Metody oparte o zliczanie pojedynczych zdarzeń (impulsów
elektrycznych) gdzie kolejne zarejestrowane zdarzenie
wyznacza przyrost drogi (kąta). W celu określenia położenia
absolutnego konieczne wyznaczenie położenia odniesienia.
Enkoder optyczny  podobna budowa do resolwera ale tylko
jedna tarcza z jedną ścieżką z równooddalonymi szczelinami.
[5]
Za pomocą odpowiedniej siatki odczytującej i dwóch
fotoodbiorników wytwarzane są dwa sygnały przesunięte w
fazie względem siebie o 90o co pozwala na odczyt kierunku
ruchu.
[5]
Aby inkrementalnemu wynikowi pomiaru przypisać wartość
absolutną położenia należy ustalić punkt odniesienia (punkt
zerowy). Następuje to zwykle poprzez zastosowanie
dodatkowego przełącznika (np. dotykowego tzw.
 krańcówki ), który wyznacza pozycję zerową (np. w
przypadku skomputeryzowanych pomiarów, czy zastosowania
gotowego sterownika, w momencie kontaktu badanego
obiektu z krańcówką zerujemy wartość licznika ilości
impulsów enkodera  tzw.  jazda odniesieniowa ).
W przypadku wykorzystywania enkodera ze znacznikiem
zera (możliwy tylko jeden obrót enkodera).
W przypadku zastosowania komputera do pomiarów za
pomocą enkodera stosuje się karty rozszerzeń (karty enkodera)
które automatycznie w tle (za pomocą procedur obsługi
przerwań) same zliczają ilość impulsów natomiast zadaniem
programu komputerowego jest jedynie odczyt aktualnego
stanu licznika.
Liniały inkrementalne  wersja liniowa enkodera obrotowego.
Liniały inkrementalne działające w oparciu o indukcję (dla
kilkumetrowych długości)  taśma magnetyczna z zapisanymi
impulsami i głowica odczytująca poruszająca się względem
taśmy.
Właściwości
Ilość impulsów na obrót (enkodery obrotowe)  500-4000
Poprzez analizę zboczy można rozdzielczość zwiększyć
dwukrotnie
Możliwe zastosowanie przekładni mechanicznej.
LiniaÅ‚y inkrementalne  rozdzielczość 1µm
Metody laserowe
.ZasadÄ… pracy jest pomiar czasu przebiegu promieniowania
laserowego od głowicy do obiektu i z powrotem oraz
wyliczenie odległości od przedmiotu.
Przykładowe właściwości
*Rozdzielczość przy zakresie 4m  min. 70 mm (min.
wielkość obiektu)
*Minimalny współczynnik odbicia 1,8%
*Rozdzielczość przy zakresie 15m  min. 80 mm (min.
wielkość obiektu)
*Minimalny współczynnik odbicia 20%
Metody optyczne
Metody pozwalające na znalezienie położenia i orientacji
bryły sztywnej trójwymiarowej względem układu kamery na
podstawie informacji wizyjnej z niej pochodzÄ…cej oraz
znajomości wymiarów bryły i ogniskowej kamery
(zagadnienie z zakresu rozpoznawania obrazów, robotyka) .