На заводах товары и продукты транспортируются с одной технологической станции на другую по конвейерной ленте. Для плавного перехода от одной ленты к другой она должна происходить точно в определенном месте, что означает знание относительного положения объектов на конвейерных лентах, когда они движутся навстречу друг другу. Это можно определить по углу поворота, который относится к положению подвижного тела относительно оси. Углы поворота также важны в автомобильной промышленности, где они предоставляют информацию для систем обратной связи двигателя, например, в которых необходимо точно установить скорость вращения приводного вала.
Угол поворота измеряется с помощью специальных датчиков. В настоящее время на рынке существует два типа таких датчиков угла поворота, работающих по магнитному или оптическому принципу измерения.
Магнитные датчики очень прочные и грязеотталкивающие, что дает им преимущество в суровых условиях. Однако они не так точны, как оптические датчики. Они, в свою очередь, не очень гибкие в использовании, поскольку должны быть точно установлены в фиксированном положении на измеряемом объекте.Исследователи из Института интегральных схем IIS им.
Фраунгофера в Эрлангене разработали новый датчик угла поворота, сочетающий в себе преимущества обоих решений в одном. «Хотя наш датчик также основан на оптических измерениях, его принцип работы полностью отличается от других продуктов, доступных в настоящее время на рынке», — говорит д-р Норберт Вебер, менеджер группы IIS. В разработке исследователей используется эффект поляризации. В нормальных условиях свет колеблется во всех возможных направлениях, что означает, что в исходном состоянии он не поляризован. С помощью специальных поляризационных пленок можно управлять этими колебаниями в определенном однородном направлении, горизонтальном или вертикальном.
Хороший пример того, как работают поляризационные пленки, можно найти в 3D-очках, которые генерируют информацию о глубине, потому что зритель смотрит через линзы, снабженные разными поляризационными фильтрами для каждого глаза. Именно такую поляризационную пленку исследователи прикрепляют к тестируемому объекту — например, ведущему валу — и направляют на него световой луч. На обратной стороне пленки излучается поляризованный свет. Если приводной вал теперь вращается, вектор поляризации вращается вместе с ним, служа своего рода индикатором направления.
Датчик может быть установлен гибкоЗатем модуль считывания устанавливается таким образом, чтобы он находился в луче света. Несколько проволочных сеток — небольшие микроструктуры — расположены в матрице на микросхеме датчика. Эти решетки можно изготавливать в рамках обычного процесса производства КМОП-чипов без каких-либо дополнительных усилий.
Угловое положение вала вычисляется, когда поляризованный свет падает на решетки. «Чтобы получить точное измерение углового положения вала, нам нужны как минимум три сетки, каждая из которых структурирована в разных направлениях. В зависимости от задачи измерения мы также можем добавить дополнительные сетки, таким образом адаптируя микросхему к конкретным условиям. требований клиентов при одновременном повышении точности измерений », — поясняет Вебер.
При такой конструкции исследователи из Эрлангера не могут достичь 100-процентной точности обычных оптических датчиков, но их датчик значительно более надежен и может быть расположен относительно гибко. «Чип даже не обязательно должен располагаться непосредственно на оптической оси — единственное, что имеет значение, — это то, что он находится в пределах светового луча», — говорит Вебер. Еще одно преимущество заключается в том, что даже если вал слегка раскачивается, результат не будет затронут, если луч достаточно широк. На выставке SENSOR + TEST 2014 исследователи из Эрлангена представят свое решение на выставке, демонстрирующей измерение угла поворота полого вала.
Затем результаты измерений отображаются на мониторе в виде графика.