İletişimsiz mekanik yerinden edilme sensörleri, yüksek hacimli hareketleri tespit etme yeteneğinin, hedefin veya aşınmanın kaçınılmaz veya istenmeyen olması nedeniyle nano ölçekli yarı iletken üretimden robotik cerrahiye kadar uzanan alanlarda, hassas endüstrilere yol açan uygulamalarla gelişti.

İletişimsiz Ayrılma İlkeleri Sensing

Tüm temassız yerinden edilme sensörleri, bir algılama elemanı ile mekanik iletişim olmadan bir hedef arasındaki mekansal ilişkiyi ölçmektedir. Operasyon prensibi sensörün duyarlılığı, ölçüm aralığı, çevresel toleransı ve maliyeti belirler. En yaygın kullanılan üç prensip kapasitelidir, endüktif (eddy current), ve optik, her biri farklı uygulama kısıtlamalarına uygundur.

Capacitive Sensörler

Capacitive sensörler, dielektrik ortasında veya iki iletken plaka arasındaki mesafeyi tespit eder. Tipik bir kapasitif yer değiştirme sensörü, bir prob elektrottan oluşur ve hedef hareket ettiği gibi, sabit bir yerindenlığa dönüştürülen kapasitasyon değişiklikleri gerektirir.Bu sensörler alt ölçüm ve yüksek bant genişliği sunar, onları hassas konumlama aşamaları ve atom mikroskobu için ideal kılar.

Inductive (Eddy Current) Sensörler

İndüktif sensörler bir banttan yüksek frekanslı manyetik alan üretir.Bir iletken hedef bu alana girdiğinde, eddy akımları dönüştürülür, tırnakların imkansızlığını değiştirir.Hazırdadaki değişim genellikle sensör ve hedef arasındaki mesafeye ulaşır. Eddy-current sensörler sert ortamlarda sağlamdır - yağ, toz ve yüksek sıcaklıklar - ve yüksek sıcaklıklar - ve çoğunlukla turbomak makine kontrolü, ve endüstriyel ölçümler, otomotiv motor kontrolü, ve endüstriyel ölçümler.

Optik Sensörler

Optik yerinden edilme sensörleri, triangulation lazerleri, konfokal sensörler ve interferometreler içerir. Lazer triangulation projeler bir pozisyona ve görüntülere bir pozisyona duyarlı bir dedektörlerine işaret eder; hareket noktanın yerini değiştirir, fark eder. Confokal sensörleri farklı boyutlarda farklı dalgalar odaklanmak için chromatic aberration kullanır, yüksek ücretli sensörler uçsuz yüzeylerde ve transkriptozegenler üzerinde çalışır.

Son Teknolojik Gelişmeler Araba Performansları

Son on yıl, yeni performans rejimlerine temassız yer değiştirme sensörlerine iten yeniliklerin bir etkisine tanık oldu. Beş önemli alan öne çıkıyor.

Gelişmiş Signal Processing ve Gürültü Azaltımı

Modern sensörler dijital sinyal işlemcilerini (DSPs) ve alan tarafından programlanabilir kapı dizilerini (FPGAs) uyarlanabilir filtreleme, senkronizasyonlu kesintiler ve makine bazlı gürültü baskısını azaltmak için, bu algoritmaların 20 °C aralığındaki sinyal-sıcaklama oranını çarpıcı şekilde artırması, endüstriyel zeminler veya tıbbi görüntüleme ekranları (FPGA) gibi daha yüksek örnekleme oranlarına sahip olması, anlık sensörlerin 100 nm / °C'den aşağıya indirilmesini sağlayan aktif gürültü iptal tekniklerini içerir.

Miniaturizasyon ve MEMS Entegrasyonu

Mikro-elektromechanical sistemler (MEMS) teknolojisi, endoktoral probların boyutlarını azaltmadan alt boyutlara kadar alt kattaki boşluklara sahiptir. MEMS tabanlı kapasitif ve indüktif sensörler artık cerrahi kalibrasyonlar içinde, mikro-robotlar içinde veya boyutsal radyolojik sistemlerde azalmalar da daha düşük parasitik kapasite ve yüksek frekanslı performansı artırmakta.

Stability ve Range için Yeni Malzemeler

Malzeme bilimi, kapasitif sensörler için yeni dielektriklere katkıda bulunmuştur (örneğin, yüksek hacimli plastikler) ve ısı kaymalarını azaltır.Indüktör sensörleri için, ferrite-yüklü anahtarlar ve nikel-iron laminatlar lineer aralıkları genişletir ve sıcaklık stabilitesini geliştirir. Optik alanda, chirped Fiber Braggatings (CFBGs) ve fotonik çatlakları mikro metrek uzaysal çözünürlükle dağıtır.

Kablosuz Bağımlılığı ve Edge Zekası

Entegre kablosuz transceivers (Mavitooth Low Energy, Zigbee veya özel alt anahtar protokolleri) yer değiştirme sensörlerinin doğrudan bulut analiz platformlarını taksi şişeleri veya boru hatları olmadan akış bilişim birimlerine aktarmasına izin verir.Pek çok sayıda üretici IoT hazırlayıcısı veri azaltımı yapar - üst düzey algılama veya istatistiksel trend analizi gibi - sadece ilgili bilgileri azaltır.Bu yaklaşım, güç tüketimi ve geç saatlere kadar, bataryalı uzaktan kumanda makine izlemesine izin verir.

Multi-Functional ve Hybrid Sensörler

Sadece yer değiştirmeden ziyade, son sensörler tek bir pakette birden fazla fiziksel algılayıcı birleştirir. Örneğin, hibrit kapasitif ekranlı sensör aynı anda mesafe ve malzeme özelliklerini ölçebilir (örneğin, iletkenlik veya izin verme), daha doğru teşhis işlemleri sağlar.

Hassas ve Çevre Talepleri Uygulamaları

Yukarıda açıklanan gelişmiş yetenekler, herhangi bir temas veya aşırı sensör kütlesinin ölçümün kendisini rahatsız etmesi için kapılar açtı. Aşağıda birkaç kritik alan var.

Tıbbi Cihazlar ve Cerrahi

Robotik olarak kullanılan cerrahi, kapasitif ve optik yerinden sensörleri, alt katlı hassaslık ile enstrüman ipuçlarını takip eder, örneğin retina ven tıkanıklığı veya kochlear implantı gibi hassas prosedürleri takip ederler. E-postalcurrent sensörler manyetik rezonans görüntüleme (MRI) süitlerinde de kullanılır, çünkü güçlü statik alanlardan etkilenmez; onlar, biyopsi iğnelerinin hareketini takip ederler veya görüntü kalitesi olmadan tarayıcıdaki ipuçlarını takip ederler.

Yarı iletkenlik

Wafer steppers ve denetim sistemleri, 0.1 nm veya daha iyi hareketlerinin hareketlerini çözmeleri için kapasiteye ve fotomasksların boyutlarını nano doğrulukla ölçmeye yardımcı oluyor.3 nm altında, yerinden edilme sensörlerinin 0.1 nm veya daha iyi hale getirilmesi gerekir. Interferometrik optik sensörler artık aşırı ultraviyole (EUV) lithography araçlarında standarttır, ki bunlar, vakum odalarının nm altında yeniden denge ile yeniden dengelenme konumunu ölçtü.

Araştırma Laboratuvarları ve Metroloji

Temel fizikte, kontakt olmayan yer değiştirme sensörleri, atomik karardaki yüzey topografisine uygun olarak integraldir (örneğin, LIGO), 10-18 m. Atom kuvveti mikro-cantilasyonun yokluğu, bir stilistin ağırlığının bile test edilmesi önemlidir.

Havacılık ve Enerji

Türbin motorları ve jet kompresörleri aşırı sıcaklıklar ve hızlarda çalışır.Indüktif yerinden sensörler bıçak ipuçlarının yakınında monte edilir - bıçak ve gövde arasındaki boşluk - 5 μm'nin doğruluğuna karşı. Bu veriler aktif bir kontrol sistemlerine sahiptir ve bu kirli ortamlarda optik alternatifler tercih eder.

Hassasiyet Mühendisliği ve Makine Araçları

Makine aracı, lineer motorlar ve ölçüm makineleri (CMM) mikro metre toleransları elde etmek için gerçek zamanlı geri bildirim gerektirir. Cam-coders geleneksel olarak kullanılır, ancak kir ve çizilebilirlik sağlar. Yeni mutlak-pozisyon cihazı, kontraseptif encoders, kontrasepsiyonel olarak karşılaştırılabilir bir doğruluk sunar (sub-mikrometre) ve daha küçük bir form faktörü elde etmek için bağışıklık sağlar.

Meydanlar ve Güncel Sınırlar

Etkileyici ilerlemeye rağmen, temassız yerinden edilme sensörleri hala en zorlu senaryolarda dağıtımlarını kısıtlayan birkaç engelle karşı karşıya kalmaktadır.

Çevre Hassasiyeti

Capacitive sensörleri, nem, sıcaklık ve stray elektrik alanlarındaki değişikliklerden memnundur. Koruma elektrotları ve sıcaklık tazminatı ile bile, uzun vadeli sürüklenmeler, kesintiye uğrayan ortamlardaki bir sorun olarak değişebilir. Optik sensörler sigara, vapour veya yansıtıcı yüzeyler tarafından kör edilebilir.Inductive sensörler sağlamdır, ancak eylemleriz hedeflerle sınırlı kalır ve tepkileri hedefin kalınlığı veya malzeme özellikleri ile değiştirilebilir.

Ticaret-Gemiler Arası ve Kararlar Arasında

Belirli bir sensör geometrisi için ölçüm aralığı genellikle karar verir. Capacitive sensörler sadece birkaç milimetreden daha az mesafeye ulaşırken ölçüm aralığına ulaşır. Optik triangulation on metreden fazla ölçebilir, ancak on iki alt test ile sınırlı bir çözüm ve santimetrelik bir dizi ölçümde de geçerlidir.

İntegrak ve Maliyet

Yüksek iletken sistemler pahalı kalır - kanal başına 50.000 €'yi aşıyor - çünkü hassas optik ve lazer kaynakları gerekli.Bir geleneksel endüstriyel kontrole entegre etmek özel yazılım sürücüleri ve protokol dönüştürücüleri gerektirebilir. Dahası, iletişimsiz sensörlerin kalibrasyonu, genellikle yerinden edilme standartlarını (örneğin, lazer interferometre) ve çevresel odaları gerektirir.

Data Volume and Latency

Yüksek hızlı optik sensörler gigabit-per-saniye veri akışları üretebilir.Bu verileri geri bildirim kontrolü için gerçek zamanlı olarak işleme talepleri için güçlü FPGA veya GPU'lar, hangi güç tüketimi ve ısıyı artırır. Kablosuz uygulamalarda, bant sınırlamaları güç ticaret-offları arasında bu verileri azaltılabilir, ancak algoritmaların kontrol döngülerini ortaya çıkarmak için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır.

Future Yol ve Gelişen Trendler

Önümüzdeki birkaç araştırma yolu mevcut sınırlamaların üstesinden gelmeye ve yeni sınırlara kadar iletişimsiz yerinden edilme sensörlerinin faydasını genişletmeye söz veriyor.

Akıllı Sensing için Yapay Zeka

Makine öğrenme algoritmaları, özellikle de sinir ağları ve vektör makineleri desteklemek, sensör sürüklenmelerini tahmin etmek, bozulmamış olmayan görüntülerin çıkarılmasını ve hatta birden çok algılama prensiplerinden veri dökmek için bir AI-güçlü bir sensör oluşturabilir, örneğin, ortamı nem etkisini öğrenin ve otomatik olarak katlamanızı sağlayın. Deep learning ayrıca ham sensör görüntülerinden (örneğin, optik kameradan) uzak tutma bilgilerini geri almalarını sağlar.

KuantumEnhanced Displacement Ölçümü

Kuantum metroloji teknikleri, sıkıştırılmış ışık gibi, standart kuantum sınırının altında ölçüm belirsizliğini azaltabilir, potansiyel olarak boyutlandırma emriyle karar verir. Laboratuvar kurulumları ile sınırlı olsa da, sıkıştırılmış ışık kullanarak kompakt fotonik çipleri sonunda nano-düzeltilmiş ışık için ticarileştirilebilir.

Esnek ve Giyilebilir Sensör Dizileri

Baslı elektronik ve uygulanabilir substratlar, uygun yer değiştirme sensörlerinin geliştirilmesine olanak sağlar, bu sensörlerin yumuşak robotlar, exoskeletonlar veya insan derisine bağlı olması.Pozitif diziler polimer filmlerinde basılmış bükme, germe ve aynı anda yakın olabilir.Mevcut karar ve istikrar düşük olsa da, bu sensörler insan-makine arayüzler ve rehabilitasyon izleme uygulamaları açıktır.

Kendini Güçlendi ve Enerjiyi Değiştiren Sensörler

Piezoelektrik ve triboelektrik nanojeneratörler, düşük güç kablosuz iletim (örneğin, LoRaWAN) ile birlikte elektriksel olarak şarj edilebilir bir ortamdaki yerini kolayca rapor edebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

İletişimsiz mekanik yerinden edilme sensörleri, laboratuvar eğrilerinden endüstriyel işhorlarına bir dönüşüm geçirdi, malzemelerdeki ilerlemeler sayesinde sinyal işleme, miniaturizasyon ve bağlantı. Fiziksel etkileşim olmadan alt-nanometreler sunma yeteneği onları dayanılmaz hale getirir, yarı iletken, havacılık ve araştırma uygulamaları. Ancak çevresel sağlamlık, aralıksız ticaret-dönüşümler ve entegrasyon maliyeti devam eder.

[FONT:0)Dönemli Referanslar[Dönemli:0)

  • Konseratif sensör tasarımı ve termal stabilitesi hakkında ayrıntılı bir inceleme için: [[DüzD:0)Mikro-Epsilon Capacitive Sensör Teknolojisi).
  • Eddy-current detectg'te son gelişmeler yüksek sıcaklık uygulamaları için: 03. BilimDirect Displacement Sensör Topic)
  • Optik yerinden edilme yöntemlerinin hassas metrolojide ayrıntılı bir karşılaştırma: 03:0)Sensors (MDPI) – Displacement & Pozisyon Sensörleri, 2020).