Индуктивные датчики Microsemi для ответственных применений
Датчики являются одним из ключевых элементов обеспечения обратной связи в системах управления самого разного назначения. Индуктивные датчики по сравнению с магниторезистивными, резистивными и датчиками на эффекте Холла имеют ряд преимуществ. Благодаря этому, они находят широкое применение в АСУ в таких сферах, как автоматизация производства или автоматические измерительные системы, медицинское или автомобильное оборудование, и многие другие. В статье показаны типовые примеры устройств, в которых использованы новые индуктивные датчики производства компании Microsemi.
Преимущества применения индуктивных датчиков
Индуктивные датчики широко используются в составе оборудования АСУ самого разного назначения и служат для бесконтактного сбора данных о линейном, вращательном и угловом перемещении и приближении рабочих частей механизмов, роботов и машин.
Благодаря используемой технологии индуктивные датчики реагируют только на металлические предметы, а к остальным материалам не восприимчивы.
Это значит, что они обладают очень высокой защищенностью от помех. Так, попадание воды, эмульсий, смазок или нахождение рук оператора в активной зоне датчика гарантированно не приводит к ложному срабатыванию оборудования. Это позволяет применять индуктивные датчики на самых ответственных участках контроля систем управления, в том числе, когда речь идет о крупном промышленном производстве или о сохранении жизни и здоровья человека.
В таблице 1 показаны сравнительные характеристики датчиков разных типов: индуктивных, магниторезистивных, резистивных, на эффекте Холла.
Как видно из таблицы 1, индуктивные датчики имеют следующие преимущества: высокую надежность и устойчивость к электромагнитным помехам, а также слабое влияние температуры на снижение производительности.
В целом индуктивные датчики характеризуются высокой надежностью и оптимальным соотношением эксплуатационных показателей и стоимости в сравнении с датчиками других типов.
Принципы функционирования индуктивных датчиков
Для лучшего понимания принципов работы индуктивных датчиков приведем немого теории.
В основе работы индуктивных датчиков лежит явление электромагнитной индукции, а принцип их действия состоит в преобразовании механического перемещения в изменение индуктивности катушки датчика.
Сами датчики выполнены в виде катушек с магнитными сердечниками, при подаче питания в них образуется изменяющееся магнитное поле. При внесении в активную зону датчика металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного материала определенных размеров образуются вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом [1].
На рис. 1 показана электрическая схема индуктивного датчика.
Новые индуктивные датчики Microsemi семейства LX33xx
Компания Microsemi выпускает на рынок линейку новых индуктивных датчиков семейства LX33xx, имеющих самое разнообразное применение. В частности, это обнаружение линейного и углового смещения (для LX3301A, LX3302, LX3311), изменения давления, температуры, фиксация вибраций (для LX3310) [2] [3] [4].
Технически ИС семейства LX3xx способны обеспечивать интерфейс между датчиками и системными контроллерами, а также реализовывать функции самих системных контроллеров.
Таким образом, подключения внешнего микропроцессора не требуется, что упрощает разработку новых устройств и снижает стоимость производства.
Схема подключения ИС LX3xx к физическому датчику приведена на рис. 2. Местоположение ИС LX3xx в системах управления показано на рис. 3.
Ключевые технические характеристики индуктивных датчиков семейства LX33xx представлены в таблице 2.
Компания Microsemi оказывает полную инженерную поддержку и готова самостоятельно разработать топологию печатной платы под конкретное применение заказчика.
Комментарий специалиста
Евгений Потемкин, инженер по внедрению департамента активных компонентов холдинга PT Electronics, active@ptelectronics.ru
Компания Microsemi является производителем высоконадежных компонентов для ответственных применений. Новые индуктивные датчики – не исключение. Наравне с высокой чувствительностью они обладают превосходной разрешающей способностью, что, в свою очередь, позволяет добиться высокой точности работы всего устройства в целом. С помощью инженерных ресурсов компании Microsemi возможна разработка топологии печатной платы датчика под конкретное применение, чтобы сократить время разработки и обеспечить более быстрый выход изделия на рынок.
Примеры практического применения индуктивных датчиков
Датчики LX33xx ориентированы на такие варианты типового применения как:
- определение положения, линейного, вращательного и углового смещения;
- измерение расстояния, скорости и ускорения, угла поворота;
- переключение при обнаружении приближения (для линейного и вращательного движения);
- определение условий окружающей среды (температуры, влажности, и т. д.);
- температурные измерения;
- определение плотности, усилия, уровня и давления;
- измерение скорости потока жидкости;
- контроль микрозазоров.
Это открывает широкие возможности успешного применения датчиков LX33xx в АСУ в самых разных областях: в автомобильных, медицинских, промышленных и аэрокосмических системах управления.
Так, измерение углового или вращательного движения необходимо для:
- контроля вращения;
- управления роботизированной рукой;
- определения положения вращающихся валов (распределительного вала, ротора и т. д.), педалей, рычагов, дроссельных заслонок, вентилей;
- определения скорости дисковых приводов.
На рис. 4 показаны типовые примеры устройств, где индуктивные датчики применяются для определения вращательного движения, а на рис. 5 — углового движения.
Кроме того, измерение линейного движения и обнаружение приближения необходимо для:
- отслеживания уровня жидкостей;
- определения текущего состояния коробки передач (трансмиссии) и смены передач;
- определения положения приводов и активности подвески;
- бесконтактного обнаружения приближения.
На рис. 6 показаны типовые примеры устройств, где индуктивные датчики применяются для определения линейного движения, а на рис. 7 — приближения.
Отладочные наборы
Для тестирования характеристик и параметров работы датчиков семейства LX33xx производитель предлагает специальные отладочные наборы, которые позволяют в максимально короткие сроки протестировать и реализовать недорогие компактные схемы сбора данных с датчиков линейного (LX3301AEVB14LK, LX3302EVB14LK, рис. 8) и углового (LX3301AEVB14RK, LX3302EVB14RK, рис. 9) перемещения [5, 6].
В стандартный комплект поставки входит объединенная конструкция из тестовых датчиков (двух катушек индуктивности, выполненных на печатной плате) и схемы сбора данных (LX33xx). Также в наборе присутствует CD-ROM с технической документацией и ПО, которое реализует графический интерфейс пользователя.
Питание осуществляется от обычного USB-порта персонального компьютера. Для конфигурирования встроенной EEPROM предусмотрен модуль USB-преобразователя LXM9516.
Следует отметить, что возможность конфигурирования повышает гибкость использования тестовой системы и позволяет увеличить число возможных применений.
Заключение
Новые индуктивные датчики Microsemi LX33xx обладают высокой надежностью и оптимальным соотношением эксплуатационных показателей и стоимости.
Высокая помехоустойчивость и стабильность при изменении температуры гарантирует высокую точность и достоверность предоставляемых ими данных. Это дает возможность включать датчики LX33xx в состав оконечного оборудования на самых ответственных участках автоматизированных систем управления и контрольно-измерительных систем разного применения, что делает Microsemi LX33xx конкурентным и эффективным продуктом на рынке современных средств электроники.
- Датчики. Справочное пособие / Под общ. ред. В. М. Шарапова, Е. С. Полищука. М.: Техносфера, 2012.
- LX3301A Smart Inductive Sensor Interface ICs Datasheet, 2016. microsemi.com
- LX3302 Smart Inductive Sensor Interface ICs Datasheet, 2016. microsemi.com
- LX3310 Smart Inductive Sensor Interface ICs Technical Sheet, 2016. microsemi.com
- LX3301A Linear and Rotary EVB Kit User Guide, 2016. microsemi.com
- LX3302 Linear and Rotary EVB Kit User Guide, 2016. microsemi.com