Pengukuran posisi dan perpindahan benda fisik sangat penting untuk banyak aplikasi: proses kontrol umpan balik, evaluasi kinerja, transportasi kontrol lalu lintas, robotika, dan keamanan sistem-hanya untuk nama beberapa. Dengan posisi ini, kita berarti penentuan koordinat objek (linear atau sudut) sehubungan dengan referensi yang dipilih. Pemindahan berarti bergerak dari satu posisi ke posisi lain untuk spesifik jarak atau sudut. Dengan kata lain, perpindahan yang diukur ketika suatu objek direferensikan ke posisi sendiri sebelum nya daripada referensi lain. Jarak Acritical diukur dengan sensor kedekatan. Akibatnya, sebuah sensor jarak adalah versi ambang sebuah sensor posisi detector.Aposition sering perangkat linear sinyal output yang merupakan jarak ke objek dari point.A referensi tertentu sensor jarak, bagaimanapun, adalah perangkat yang agak sederhana yang menghasilkan output sinyal ketika jarak tertentu untuk objek menjadi penting untuk indikasi. Misalnya, mekanisme bergerak banyak dalam pengendalian proses dan robotika menggunakan sangat sederhana namun sangat handal jarak sensor-akhir saklar. Ini adalah sebuah saklar listrik memiliki kontak normal terbuka atau biasanya tertutup. Jika benda bergerak mengaktifkan saklar melalui kontak fisik, yang terakhir mengirimkan sinyal ke rangkaian kontrol. Sinyal merupakan indikasi bahwa objek telah mencapai posisi akhir (mana saklar diposisikan). Jelas, switch kontak tersebut memiliki banyak kekurangan, (misalnya, tinggi mekanik beban pada objek bergerak dan histeresis a). Sensor Adisplacement sering adalah bagian dari sensor yang lebih kompleks di mana deteksi gerakan adalah salah satu dari beberapa langkah dalam konversi sinyal (lihat Gambar. 1.1 dari Bab 1). Contohnya adalah di mana sensor tekanan tekanan diterjemahkan ke dalam perpindahan diafragma, dan perpindahan diafragma selanjutnya diubah menjadi sinyal listrik yang mewakili tekanan. Oleh karena itu, sensor posisi, beberapa di antaranya akan dijelaskan dalam bab ini, sangat penting untuk desain sensor lain, yang tercakup dalam bab-bab berikut dari buku ini. Posisi dan perpindahan sensor adalah perangkat statis yang kecepatan respon biasanya tidak penting untuk performance.1 Dalam bab ini, kami tidak mencakup sensor yang respon adalah fungsi waktu, yang, menurut definisi, adalah sensor yang dinamis. Mereka adalah dibahas di tempat lain dalam buku ini. Ketika merancang atau memilih posisi dan detektor perpindahan, berikut pertanyaan harus dijawab: 1. Berapa besar perpindahan dan jenis (linear, circular)? 2. Apa resolusi dan akurasi yang diperlukan? 3. Apa obyek terukur terbuat dari (logam, plastik, cairan, feromagnetik, dll)? 4. Berapa banyak ruang yang tersedia untuk pemasangan detektor? 5. Berapa banyak bermain yang ada dalam perakitan bergerak dan apa yang dibutuhkan adalah deteksi jangkauan? 6. Apa kondisi lingkungan (kelembaban, temperatur, sumber gangguan, getaran, bahan korosif, dll)? 7. Berapa banyak daya yang tersedia untuk sensor? 8. Berapa banyak keausan mekanis dapat diharapkan selama masa mesin? 9. Berapa jumlah produksi perakitan penginderaan (terbatas jumlah, media volume, produksi massal)? 10. Apa target biaya dari perakitan mendeteksi? Sebuah analisis yang cermat akan membayar dividen yang besar dalam jangka panjang.

7.1 Potensiometri Sensor Aposition atau transduser perpindahan dapat dibangun dengan potensiometer linier atau rotary atau pot untuk jangka pendek. Prinsip operasi dari sensor ini didasarkan pada persamaan. (3.54) dari Bab 3 untuk ketahanan kawat. Dari rumus, maka bahwa perlawanan linear berkaitan dengan panjang kawat. Dengan demikian, dengan membuat objek untuk mengontrol panjang kawat, seperti yang dilakukan dalam pot, pengukuran perpindahan dapat dilakukan. Karena pengukuran resistansi membutuhkan berjalannya arus listrik melalui kawat pot, transduser potensiometri adalah tipe yang aktif, yaitu, membutuhkan sinyal eksitasi, (Misalnya, saat ini dc). Sebuah stimulus (perpindahan) yang digabungkan dengan wiper pot, yang Gerakan menyebabkan perubahan resistansi (Gambar 7.1A). Dalam sirkuit paling praktis, yang pengukuran resistansi diganti dengan pengukuran tegangan drop. Tegangan seluruh wiper dari pot linear sebanding dengan perpindahan d: V = E d D , (7.1) di mana D adalah perpindahan skala penuh dan E adalah tegangan pot (eksitasi sinyal). Ini mengasumsikan bahwa tidak ada efek pembebanan dari rangkaian antarmuka. Jika ada beban yang cukup, hubungan linear antara posisi wiper dan output tegangan tidak akan tahan. Selain itu, sinyal keluaran sebanding dengan eksitasi tegangan diterapkan di sensor. Tegangan ini, jika tidak dijaga konstan, mungkin menjadi sumber kesalahan. Perlu dicatat bahwa sensor potensiometri adalah perangkat ratiometric (Lihat Bab 4), maka perlawanan dari pot bukan merupakan bagian dari persamaan. Ini berarti bahwa stabilitas (misalnya, rentang suhu) hampir tidak berpengaruh pada akurasi. Untuk daya rendah aplikasi, impedansi tinggi pot yang diinginkan, namun Efek pemuatan harus selalu dipertimbangkan. Dengan demikian, pengikut tegangan yang baik diperlukan. Wiper pot biasanya elektrik terisolasi dari poros penginderaan. Gambar 7.2A menunjukkan satu masalah yang terkait dengan potensiometer kawat-luka. Wiper mungkin, sambil bergerak melintasi berkelok-kelok, membuat kontak dengan salah satu atau dua kawat, sehingga mengakibatkan langkah tegangan tidak merata (Gambar 7.2b) atau resolusi variabel. Oleh karena itu, ketika potensiometer kumparan dengan N bergantian digunakan, hanya rata-rata Resolusi n harus dipertimbangkan: n = 100 N% . (7.2) Kekuatan yang diperlukan untuk memindahkan wiper berasal dari objek yang diukur, dan energi yang dihasilkan didisipasikan dalam bentuk heat.Wire-luka potensiometer yang dibuat dengan kawat tipis berdiameter pada urutan 0,01 mm. Sebuah kumparan yang baik potensiometer dapat memberikan resolusi rata-rata sekitar 0,1% dari FS (skala penuh), sedangkan berkualitas tinggi potensiometer Film resistif dapat menghasilkan resolusi sangat kecil yang hanya dibatasi oleh keseragaman bahan resistif dan noise floor dari rangkaian antarmuka. Terus menerus resolusi pot yang dibuat dengan konduktif plastik, karbon film, film logam, atau campuran keramik-logam yang dikenal sebagai cermet. Wiper dari potensiometer presisi yang terbuat dari paduan logam mulia. Pemindahan dirasakan oleh berbagai potensiometer sudut dari sekitar 10 ? ke lebih dari 3000 ? untuk pot multiturn (dengan mekanisme gear). Meski cukup berguna dalam

beberapa aplikasi, potensiometer memiliki beberapa kelemahan: 1. Terlihat mekanik beban (gesekan) 2. Perlu untuk kopling fisik dengan objek 3. Kecepatan rendah 4. Gesekan dan eksitasi tegangan pemanas penyebab potensiometer 5. Rendah stabilitas lingkungan 7.2 Sensor gravitasi Sebuah terkenal, populer gravitasi tingkat transduser digunakan dalam tangki toilet. Itu Unsur utama transduser adalah pelampung-perangkat yang densitasnya lebih rendah dibandingkan dengan air. Dalam kebanyakan tank, secara langsung digabungkan ke katup air agar tetap baik membuka atau menutup, tergantung pada seberapa banyak air tangki memegang. Float adalah detektor dari posisi permukaan air. Untuk tujuan pengukuran, float dapat digabungkan ke transduser posisi, seperti potensiometri, magnet, kapasitif, atau lainnya langsung sensor (Gambar 7.1b). Perlu dicatat bahwa sensor gravitasi rentan kepada pasukan mengganggu berbagai akibat gesekan dan percepatan. Jelas, seperti sensor tidak akan bekerja setiap kali gravitasi diubah atau tidak. Sebuah stasiun ruang angkasa atau jet bukanlah tempat yang tepat untuk seperti sensor. Kecenderungan detektor, yang mengukur sudut dari arah ke Bumi pusat gravitasi, bekerja di konstruksi jalan, peralatan mesin, navigasi inersia sistem, dan aplikasi lain yang membutuhkan referensi gravitasi. Tua dan masih cukup detektor populer posisi adalah switch merkuri (Gambar 7.3Aand 7.3B). Saklar terbuat dari tabung (sering kaca) nonconductive memiliki dua kontak listrik dan drop merkuri. Ketika sensor diposisikan sehubungan dengan gaya gravitasi sedemikian Cara bahwa merkuri bergerak menjauh dari kontak, saklar terbuka. Perubahan orientasi saklar menyebabkan merkuri untuk pindah ke kontak dan menyentuh keduanya, sehingga menutup saklar. Salah satu aplikasi yang populer dari desain ini adalah dalam rumah tangga termostat, di mana saklar merkuri dipasang pada kumparan bimetal yang berfungsi sebagai sebuah sensor ambient suhu. Berliku atau unwinding kumparan dalam menanggapi kamar Suhu mempengaruhi orientasi switch. Membuka dan menutup saklar mengendalikan pemanasan / pendinginan keterbatasan system.An jelas dari desain ini adalah pada-off operasi (Controller bang-bang di jargon rekayasa). Sebuah switch merkuri adalah ambang perangkat, yang terkunci ketika sudut rotasi melebihi nilai yang telah ditentukan. Untuk mengukur perpindahan sudut dengan resolusi yang lebih tinggi, sebuah sensor yang lebih kompleks diperlukan. Salah satu desain yang elegan ditunjukkan pada Gambar. 7.3c. Hal ini disebut kemiringan elektrolitik sensor.Asmall tabung gelas sedikit melengkung diisi dengan elektrolit sebagian konduktif. Tiga elektroda dibangun ke dalam tabung: dua di ujung, dan elektroda ketiga di pusat tabung. Gelembung udara berada dalam tabung dan dapat bergerak sepanjang panjangnya sebagai tabung miring. Listrik resistensi antara pusat dan elektroda masing-masing elektroda akhir tergantung pada posisi gelembung. Seperti tabung bergeser jauh dari posisi saldo, resistensi meningkat atau menurun secara proporsional. Elektroda terhubung ke rangkaian jembatan yang gembira dengan ac saat ini untuk menghindari kerusakan ke elektrolit dan elektroda. Sensor kemiringan elektrolitik adalah available2 untuk spektrum yang luas dari rentang angular dari 1 ? untuk 80 ?. Sejalan dengan itu, bentuk dari tabung kaca bervariasi dari sedikit

melengkung doughnutlike. Sebuah sensor kemiringan lebih maju mempekerjakan array photodetectors [1]. Itu detektor berguna dalam teknik sipil dan mekanik untuk pengukuran bentuk kompleks obyek dengan resolusi tinggi. Contohnya termasuk pengukuran tanah dan bentuk jalan dan kerataan dari pelat besi, yang tidak dapat dilakukan dengan konvensional metode. Sensor (Gambar 7.4A) terdiri dari dioda pemancar cahaya (LED) dan waterpas hemispherical terpasang pada array photodiode pn-junction. Bayangan gelembung dalam cairan diproyeksikan ke permukaan array photodiode. Ketika sensor disimpan horisontal, bayangan pada sensor yang melingkar, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.4B, dan area bayangan pada setiap photodiode array adalah sama. Namun, ketika sensor cenderung, bayangan menjadi sedikit elips, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.4C, menyiratkan bahwa arus output dari dioda tidak lagi sama. Dalam praktis sensor, diameter LED adalah 10 mm dan jarak antara LED dan tingkat adalah 50 mm, dan diameter kaca hemispherical dan gelembung yang 17 dan 9 mm, masing-masing. Output dari dioda diubah ke dalam bentuk digital dan dikalibrasi pada sudut kemiringan yang bervariasi. Data kalibrasi yang dikompilasi ke dalam melihat-up tabel yang diproses oleh perangkat komputasi. Dengan memposisikan sensor di menyeberangi titik garis ditarik longitudinal dan latitudinally pada interval pada permukaan miring suatu objek, x dan y komponen dari sudut kemiringan dapat diperoleh dan bentuk objek yang direkonstruksi oleh komputer. 7.3 Capacitive Sensor Sensor perpindahan kapasitif memiliki aplikasi yang sangat luas, mereka dipekerjakan langsung untuk mengukur perpindahan dan posisi dan juga sebagai building blocks dalam sensor lain di mana pemindahan diproduksi dengan kekerasan, tekanan, temperatur, dan sebagainya. Itu kemampuan detektor kapasitif merasakan hampir semua bahan membuat mereka menarik pilihan untuk banyak aplikasi. Persamaan (3.20) dari Bab 3 menyatakan bahwa kapasitansi dari kapasitor datar berbanding terbalik dengan jarak antara pelat. Itu Prinsip operasi dari alat pengukur kapasitif, kedekatan, dan sensor posisi didasarkan di kedua mengubah geometri (yaitu, jarak antara pelat kapasitor) atau kapasitansi variasi dalam kehadiran bahan konduktif atau dielektrik. Ketika perubahan kapasitansi, dapat diubah menjadi sinyal listrik variabel. Seperti banyak sensor, sensor kapasitif dapat monopolar baik (menggunakan hanya satu kapasitor) atau diferensial (menggunakan dua kapasitor), atau jembatan kapasitif dapat digunakan (menggunakan empat kapasitor). Ketika dua atau empat kapasitor yang digunakan, satu atau dua kapasitor mungkin baik tetap atau variabel dengan fase berlawanan. Sebagai contoh pengantar mempertimbangkan tiga piring sama spasi, masing-masing dengan luas A (Gambar 7.5A). Lempeng membentuk dua kapasitor C1 dan C2. Pelat atas dan bawah yang makan dengan out-of-fase gelombang sinus sinyal, yaitu, fase sinyal digeser oleh 180 ?. Kedua kapasitor hampir sama satu sama lain dan dengan demikian pelat pusat memiliki hampir ada tegangan karena arus melalui C1 dan C2 membatalkan satu sama lain. Sekarang, mari kita berasumsi bahwa pusat pelat bergerak ke bawah dengan jarak x (Gambar 7.5B). Ini hasil perubahan dalam nilai-nilai kapasitansi masing: C1 = eA x0 + x dan C2 = eA

x0-x , (7.3) dan sinyal pelat sentral meningkatkan sebanding dengan perpindahan dan fase sinyal merupakan indikasi dari pelat pusat arah-atas atau bawah. Amplitudo dari sinyal output Vout = V0 ? - X x0 + x +? C C ? . (7.4) Selama x? X0, tegangan output dapat dianggap sebagai fungsi linear dari perpindahan. Yang kedua peubah merupakan ketidakcocokan kapasitansi awal dan penyebab utama untuk output offset. Offset juga disebabkan oleh efek fringing di bagian perifer dari piring dan oleh kekuatan yang disebut elektrostatik. Itu kekuatan adalah hasil dari daya tarik biaya dan tolakan diterapkan pada piring dari sensor, dan piring berperilaku seperti mata air. Nilai sesaat dari gaya adalah F = -1 2 CV 2 x0 + x . (7.5) Dalam aplikasi praktis, ketika mengukur jarak ke elektrik konduktif objek, permukaan objek itu sendiri dapat berfungsi sebagai piring kapasitor. Desain monopolar dari sensor kapasitif ditunjukkan pada Gambar. 7,6, di mana salah satu piring kapasitor terhubung ke konduktor pusat kabel koaksial dan piring lain terbentuk oleh target (objek). Perhatikan bahwa pelat probe dikelilingi oleh penjaga beralasan untuk meminimalkan efek fringing dan meningkatkan linearitas. Penyelidikan kapasitif khas beroperasi pada frekuensi dalam kisaran 3-MHz dan dapat mendeteksi target yang sangat bergerak cepat, sebagai frekuensi respon probe dengan antarmuka built-in elektronik dalam kisaran 40 kHz. Sebuah sensor jarak kapasitif dapat sangat efisien bila digunakan dengan elektrik konduktif benda. Sensor mengukur kapasitansi antara elektroda dan objek. Namun demikian, bahkan untuk objek nonconductive, sensor ini dapat bekerja cukup efisien, meskipun dengan konduktif objek rendah accuracy.Any, atau nonconductive, yang dibawa di sekitar elektroda, memiliki dielektrik sendiri properti yang akan mengubah kapasitansi antara elektroda dan perumahan sensor dan, pada gilirannya, akan menghasilkan respon terukur. Untuk meningkatkan sensitivitas dan mengurangi efek fringing, sensor kapasitif monopolar mungkin diberikan dengan perisai didorong. Seperti perisai diposisikan sekitar non-operasi sisi elektroda dan diberi makan dengan tegangan yang sama dengan yang ada pada elektroda. Karena perisai dan tegangan elektroda yang inphase dan memiliki besarnya sama, tidak ada medan listrik ada antara dua dan semua komponen diposisikan di belakang perisai tidak berpengaruh pada operasi. Teknik didorong-perisai diilustrasikan pada Gambar. 7.7. Saat ini, jembatan kapasitif menjadi semakin populer dalam desain

sensor perpindahan [2]. Sebuah jembatan linear kapasitif sensor posisi [3] ditampilkan dalam Gambar. 7.8A. Sensor ini terdiri dari dua set elektroda planar yang sejajar dan berdekatan satu sama lain dengan jarak pemisahan konstan, d. Peningkatan kapasitansi, yang jarak antara set piring relatif kecil. Satu set elektroda stasioner mengandung empat persegi panjang elemen, sedangkan satu set elektroda bergerak berisi dua persegi panjang elemen. Semua enam unsur dari sekitar ukuran yang sama (dimensi sisi b). Itu ukuran setiap lempeng dapat sebagai besar seperti mekanis praktis ketika berbagai macam linearitas yang diinginkan. Empat elektroda set stasioner adalah cross-terhubung elektrik, sehingga membentuk jaringan kapasitansi jembatan-jenis. Sebuah sumber eksitasi jembatan menyediakan tegangan sinusoidal (5-50 kHz) dan perbedaan tegangan antara sepasang pelat bergerak dirasakan oleh diferensial amplifier output yang terhubung ke input dari detektor sinkron. Itu kapasitansi dari dua plat paralel, jarak pemisahan tetap, sebanding dengan daerah baik piring yang langsung menghadap area yang terkait dari pelat lainnya. Gambar 7.8b menunjukkan rangkaian ekivalen dari sensor yang memiliki konfigurasi dari kapasitif jembatan. Sebuah nilai kapasitor C1 adalah C1 = e0b d ? L 2 + X ? . (7.6) Kapasitansi lainnya berasal untuk persamaan identik. Perhatikan bahwa sebaliknya kapasitor yang hampir sama: C1 = C2 = C3 dan C4. Pergeseran lempeng saling sehubungan dengan hasil posisi penuh simetris dalam mengacaukan keseimbangan jembatan dan fase-sensitif output dari penguat diferensial. Keuntungan dari kapasitif jembatan sirkuit adalah sama pada setiap rangkaian jembatan: linearitas dan kekebalan kebisingan. Di Selain elektroda datar seperti yang dijelaskan sebelumnya, metode yang sama dapat diterapkan setiap pengaturan simetris sensor, (misalnya, untuk mendeteksi gerakan berputar). 7,4 Induktif dan Magnetic Sensor Salah satu dari banyak keuntungan dari menggunakan medan magnet untuk merasakan posisi dan jarak bahwa setiap materi bukan magnetik dapat ditembus oleh lapangan tanpa kehilangan posisi akurasi. Stainless steel, aluminium, kuningan, tembaga, plastik, batu, dan kayu dapat ditembus, yang berarti bahwa posisi yang akurat sehubungan dengan penyelidikan di seberang dinding dapat ditentukan hampir seketika. Keuntungan lain adalah sensor magnetik dapat bekerja dalam lingkungan yang parah dan situasi korosif karena probe dan target dapat dilapisi dengan bahan lembam yang tidak akan mempengaruhi medan magnet. 7.4.1 LVDT dan RVDT Posisi dan perpindahan dapat dirasakan oleh metode induksi elektromagnetik. Sebuah kopling fluks magnet antara dua kumparan dapat diubah oleh pergerakan suatu objek dan kemudian diubah menjadi tegangan. Variabel-induktansi sensor yang menggunakan media feromagnetik nonmagnetized untuk mengubah keengganan (resistensi magnetik) dari jalur fluks dikenal sebagai variabel-keengganan transduser [4]. Pengaturan dasar

dari transduser multi-induksi berisi dua kumparan: primer dan sekunder. Itu primer membawa eksitasi ac (Vref) yang menginduksi tegangan ac stabil di sekunder coil (Gbr. 7.9). Amplitudo diinduksi tergantung pada kopling antara fluks kumparan. Ada dua teknik untuk mengubah kopling. Salah satunya adalah gerakan suatu benda terbuat dari bahan feromagnetik dalam jalur fluks. Hal ini akan mengubah keengganan jalan, yang, pada gilirannya, mengubah kopling antara kumparan. Ini adalah dasar untuk operasi dari sebuah LVDT (diferensial linear transformator variabel), yang RVDT (rotary diferensial variabel transformator), dan sensor kedekatan induktansi bersama. Itu Metode lainnya adalah secara fisik memindahkan satu kumparan sehubungan dengan yang lain. LVDT adalah sebuah transformator dengan inti mekanis digerakkan. Kumparan utama adalah didorong oleh gelombang sinus (sinyal eksitasi) memiliki amplitudo stabil. Gelombang sinus menghilangkan kesalahan yang berhubungan dengan harmonisa pada transformator [5]. Sebuah sinyal ac diinduksi dalam yang coils.Acore sekunder terbuat dari bahan feromagnetik dimasukkan ke dalam koaksial pembukaan silinder tanpa menyentuh fisik kumparan. Kedua sekunder yang terhubung dalam fase menentang. Ketika inti diposisikan di tengah magnet transformator, sinyal output sekunder membatalkan dan tidak ada tegangan output. Pindah inti jauh dari posisi sentral unbalances magnet induksi fluks rasio antara sekunder, mengembangkan output. Sebagai bergerak inti, keengganan perubahan jalur fluks. Oleh karena itu, tingkat kopling fluks tergantung pada posisi aksial dari inti. Pada kondisi mapan, amplitudo tegangan induksi adalah proporsional, di wilayah operasi linier, dengan perpindahan inti. Akibatnya, tegangan dapat digunakan sebagai ukuran perpindahan. Para LVDTprovides arah serta besarnya perpindahan tersebut. Arahnya ditentukan oleh fase sudut antara tegangan (referensi) primer dan tegangan sekunder. Perangsangan tegangan yang dihasilkan oleh osilator yang stabil. Untuk memberikan contoh bagaimana sensor bekerja, Gambar. 7.10 menunjukkan LVDT yang terhubung ke detektor sinkron yang rectifies sinus gelombang dan menyajikan itu pada output sebagai sinyal dc. Detektor sinkron terdiri dari multiplekser analog (MUX) dan detektor zero-crossing yang mengubah sinus gelombang ke pulsa persegi yang kompatibel dengan input kontrol multiplexer. Sebuah fase detektor zero-crossing harus dipangkas untuk output nol pada pusat posisi inti. Penguat output dapat dipangkas dengan keuntungan yang diinginkan untuk membuat sinyal yang kompatibel dengan tahap berikutnya. Jam disinkronisasi ke Multiplexer berarti bahwa informasi yang disajikan ke filter RC di masukan dari penguat amplitudo dan fase sensitif. Tegangan keluaran mewakili seberapa jauh inti dari pusat dan di sisi mana. Untuk LVDT untuk mengukur gerakan transien akurat, frekuensi osilator harus minimal 10 kali lebih tinggi daripada frekuensi yang signifikan tertinggi gerakan. Untuk proses yang lambat berubah, osilator yang stabil dapat digantikan oleh kopling dengan frekuensi saluran listrik 60 atau 50 Hz. Keuntungan dari LVDT dan RVDT adalah sebagai berikut: (1) sensor adalah suatu noncontact perangkat tanpa hambatan atau gesekan yang sangat kecil dengan kekuatan resistif kecil; (2) hystereses (magnet dan mekanik) dapat diabaikan, (3) impedansi output sangat rendah, (4) ada kerentanan rendah untuk kebisingan dan gangguan, (5) pembangunan adalah padat dan kuat, (6) resolusi infinitesimal adalah mungkin. Satu aplikasi berguna untuk LVDTsensor berada dalam apa yang disebut kepala gauge, yang digunakan dalam pemeriksaan alat dan peralatan pengukuran. Dalam hal ini, inti bagian dalam LVDT adalah musim semi dimuat untuk mengembalikan kepala pengukuran ke posisi referensi preset.

RVDT beroperasi pada prinsip yang sama seperti LVDT, kecuali bahwa feromagnetik rotary inti digunakan. Penggunaan utama untuk RVDT adalah pengukuran sudut perpindahan. Rentang linier pengukuran adalah sekitar 40 ?, dengan nonlinier yang kesalahan sekitar 1%. 7.4.2 Eddy Current Sensor Untuk merasakan kedekatan bahan bukan magnetik namun konduktif, efek eddy arus digunakan dalam sensor dual-coil (Gambar 7.11A). Satu koil digunakan sebagai referensi, dan yang lain adalah untuk penginderaan arus magnetik diinduksi dalam objek konduktif. Eddy (melingkar) arus menghasilkan medan magnet yang menentang bahwa dari penginderaan coil, sehingga menghasilkan mengacaukan keseimbangan sehubungan dengan koil referensi. Semakin dekat obyek pada kumparan, semakin besar perubahan impedansi magnetik. Kedalaman objek di mana arus eddy diproduksi didefinisikan oleh d = 1 v pf s , (7,7) di mana f adalah frekuensi dan s adalah konduktivitas target. Tentu, yang efektif operasi, ketebalan objek harus lebih besar dari kedalaman. Oleh karena itu, eddy detektor tidak boleh digunakan untuk mendeteksi film metalisasi atau benda foil. Umumnya, hubungan antara impedansi kumparan dan jarak ke obyek x nonlinier dan tergantung suhu. Frekuensi operasi dari berbagai sensor eddy saat ini dari 50 kHz sampai 10 MHz. Angka 7.11B dan 7.11C menunjukkan dua konfigurasi dari sensor eddy: dengan perisai dan tanpa satu. Sensor terlindung memiliki penjaga logam di sekitar inti ferit dan perakitan koil. Ini berfokus medan elektromagnetik ke depan sensor. Hal ini memungkinkan sensor yang akan tertanam ke dalam struktur logam tanpa mempengaruhi jangkauan deteksi. Sensor unshielded dapat merasakan di sisi serta dari depan. Akibatnya, rentang mendeteksi sebuah sensor unshielded biasanya agak lebih besar dari sensor terlindung dari diameter yang sama. Untuk beroperasi dengan baik, yang sensor unshielded membutuhkan benda di sekitarnya bukan logam. Selain deteksi posisi, sensor eddy dapat digunakan untuk menentukan materi ketebalan, ketebalan lapisan nonconductive, konduktivitas dan pengukuran plating, dan retak dalam materi. Retak deteksi dan kelemahan permukaan menjadi yang paling populer aplikasi untuk sensor. Tergantung pada aplikasi, probe eddy mungkin konfigurasi kumparan banyak: Beberapa sangat kecil dengan diameter (2-3 mm) dan lain-lain yang cukup besar (25 mm). Beberapa perusahaan bahkan membuat custom-dirancang probe untuk memenuhi kebutuhan unik dari pelanggan (Staveley Instruments, Inc, Kennewick, WA). Salah satu keuntungan penting dari sensor eddy saat ini adalah bahwa mereka tidak perlu magnetik bahan untuk operasi, sehingga mereka bisa sangat efektif pada suhu tinggi (baik melebihi suhu Curie bahan magnet) dan untuk mengukur jarak atau tingkat cairan konduktif, termasuk logam cair. Keuntungan lain dari detektor adalah bahwa mereka tidak mekanis digabungkan ke objek dan, dengan demikian, memuat efek yang sangat rendah. 7.4.3 Sensor Induktif Transverse Perangkat lain posisi-sensing disebut sensor jarak melintang induktif. Itu berguna untuk merasakan perpindahan relatif kecil dari materials.As feromagnetik yang Nama menyiratkan, sensor mengukur jarak ke obyek yang mengubah magnet

lapangan di koil. Induktansi kumparan diukur oleh sirkuit elektronik eksternal (Gbr. 7.12). Suatu prinsip induksi diri adalah dasar untuk operasi seperti transduser. Ketika sensor jarak bergerak ke sekitar dari feromagnetik objek, perubahan magnetik lapangan, sehingga mengubah induktansi dari kumparan. Keuntungan dari sensor adalah bahwa itu adalah perangkat yang noncontact interaksi dengan objek hanya melalui medan magnet. Sebuah batasan yang jelas adalah bahwa hal itu hanya berguna untuk yang feromagnetik benda pada jarak yang relatif singkat. Sebuah versi modifikasi dari transduser melintang ditunjukkan pada Gambar. 7.13A. Untuk mengatasi keterbatasan untuk mengukur hanya bahan besi, disk feromagnetik adalah melekat pada objek menggusur sementara kumparan berada dalam posisi stasioner. Atau, koil dapat melekat pada obyek dan inti adalah stasioner. Ini sensor jarak berguna untuk mengukur perpindahan kecil saja, karena linearitas adalah miskin dibandingkan dengan LVDT. Namun, hal ini cukup berguna sebagai kedekatan detektor untuk indikasi dekat dengan obyek yang terbuat dari bahan padat. Besarnya dari sinyal output sebagai fungsi jarak ke disk ditunjukkan pada Gambar. 7.13B. Hall Effect Sensor 7.4.4 Selama beberapa tahun terakhir, sensor efek Hall menjadi semakin popular.3 Ada dua jenis sensor Hall: linear dan threshold (Gambar 7.14) sensor Alinear biasanya menggabungkan. penguat untuk antarmuka lebih mudah dengan sirkuit perifer. Sebagai perbandingan dengan sensor dasar (Gambar 3.30 dari Bab 3), mereka beroperasi pada tegangan yang lebih luas berkisar dan lebih stabil di lingkungan yang bising. Sensor ini tidak cukup linear (Fig.7.15A) sehubungan dengan kerapatan medan magnet dan, karena itu, pengukuran presisi membutuhkan kalibrasi. Selain amplifier, sensor ambang-jenis berisi detektor Schmitt memicu dengan histeresis built-in. Sinyal output sebagai fungsi kepadatan medan magnet ditunjukkan pada Gambar. 7.15B. Sinyal adalah tingkat dua- satu dan telah jelas diucapkan histeresis sehubungan dengan medan magnet. Ketika kerapatan fluks magnet diterapkan melebihi ambang batas tertentu, memicu menyediakan transient bersih dari OFF ke posisi ON. Histeresis menghilangkan palsu osilasi dengan memperkenalkan zona mati-band, di mana tindakan dinonaktifkan setelah nilai ambang batas telah berlalu. Sensor Balai biasanya dibuat sebagai monolitik silikon chip dan dikemas ke epoxy kecil atau paket keramik. Untuk posisi dan pengukuran perpindahan, sensor efek Hall harus diberikan dengan sumber medan magnet dan sirkuit elektronik antarmuka. Itu medan magnet memiliki dua karakteristik penting untuk aplikasi ini: kepadatan fluks dan polaritas (atau orientasi). Perlu dicatat bahwa untuk responsivitas yang lebih baik, magnetik garis-garis medan harus normal (tegak lurus) pada wajah datar sensor dan harus berada di polaritas yang benar. Dalam sensor Sprague threshold, kutub magnet selatan akan menyebabkan terjadinya perubahan tindakan dan kutub utara tidak akan berpengaruh. Sebelum merancang detektor posisi dengan sensor Hall, analisis keseluruhan harus dilakukan di sekitar dengan cara berikut. Pertama, kekuatan bidang magnet harus diselidiki. Kekuatan akan menjadi yang terbesar di wajah tiang dan akan menurun dengan jarak meningkat dari magnet. Lapangan dapat diukur oleh gaussmeter atau sensor Hall dikalibrasi. Untuk sensor Hall ambang-jenis, jarak terpanjang di mana output sensor pergi dari ON (tinggi) ke OFF (rendah) adalah disebut titik rilis. Hal ini dapat digunakan untuk menentukan jarak kritis di mana sensor berguna. Kekuatan medan magnet tidak linear dengan jarak dan tergantung sangat pada bentuk magnet, rangkaian magnetik, dan jalan yang ditempuh oleh magnet.

Strip konduktif Aula terletak pada kedalaman beberapa dalam perumahan sensor. Ini menentukan distance.Amagnet operasi minimum harus beroperasi andal dengan Total celah udara yang efektif dalam lingkungan kerja. Ini harus sesuai dengan ruang yang tersedia dan harus mountable, terjangkau, dan available.4 Sensor Hall dapat digunakan untuk interrupter switching dengan objek yang bergerak. Di mode ini, magnet dan mengaktifkan sensor Hall yang terpasang pada kasar tunggal perakitan dengan celah udara kecil antara mereka (Gbr. 7.16). Dengan demikian, sensor diadakan dalam posisi ON oleh magnet mengaktifkan. Jika piring feromagnetik, atau baling-baling, adalah ditempatkan antara magnet dan sensor Hall, baling-baling membentuk shunt magnetik yang mendistorsi fluks magnetik jauh dari sensor. Hal ini menyebabkan sensor untuk flip ke posisi OFF. Sensor Hall dan magnet dapat dibentuk menjadi umum perumahan, sehingga menghilangkan masalah keselarasan. The ferrous baling-baling yang mengganggu fluks magnetik bisa memiliki gerakan linier atau berputar. Contoh dari alat tersebut adalah distributor mobil. Seperti sensor lain, empat Aula sensor dapat dihubungkan ke sirkuit jembatan untuk mendeteksi gerakan linier atau melingkar. Angka 7.17Aand 7.17B menggambarkan konsep ini di mana sensor ini dibuat menggunakan teknologi MEMS pada satu chip dan dikemas dalam perumahan SOIC-8 plastik. Sebuah magnet melingkar diposisikan di atas chip dan sudutnya rotasi dan arah dirasakan dan dikonversi menjadi kode digital. Sifat sebuah konverter analog-ke-digital menentukan respon kecepatan yang memungkinkan magnet untuk memutar dengan kecepatan hingga 30.000 rpm. Seperti sensor memungkinkan presisi gesekan-bebas linear dan sudut penginderaan posisi, encoding presisi sudut, dan bahkan membuat diprogram rotary switch. Karena sambungan jembatan sensor individu, sirkuit ini sangat toleran terhadap misalignment magnet dan gangguan eksternal, termasuk medan magnet. Desain sensor tiga-dimensi (3-D) efek Hall koordinat bekerja dengan elektronik mengukur dan membandingkan fluks magnetik dari target bergerak melalui empat jalur magnetik geometris yang sama diatur secara simetris sekitar sumbu probe (Gambar 7.17C dan 7.17D). Ini adalah setara magnetik Wheatstone yang jembatan. Target medan magnet simetris, yang dihasilkan oleh magnet permanen, perjalanan dari tiang pusat melalui udara ke sisi luar, bila tidak di sekitarnya probe. Karena fluks dari target akan mengambil jalur yang paling resistensi (Keengganan), fluks akan melalui probe ketika target tersebut cukup dekat dengan itu. Probe memiliki wajah tiang pusat dibagi menjadi empat bagian yang sama. Nilai-nilai fluks di jalur A, B, C, dan D yang diukur dengan sensor efek Hall masing. Sana dua cara untuk membuat target. Salah satunya adalah aktif dan yang lain adalah passive.An target aktif menggunakan magnet permanen untuk menghasilkan medan magnet, yang dirasakan oleh probe ketika berada dalam kisaran pengoperasian. Sebuah target pasif tidak menghasilkan magnet lapangan, melainkan, lapangan dihasilkan oleh probe dan dikembalikan oleh target. Contoh dari aplikasi bimbingan sistem kendaraan tak berawak yang mengarah kendaraan atas roadbed dengan target strip logam pasif terkubur tepat di bawah permukaan jalan. Itu probe melekat pada kendaraan. Sasaran akan memberikan posisi, kecepatan, dan arah sebagai probe lewat di atasnya. Penyelidikan dan target dapat dipisahkan oleh beberapa inci. Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 7.17Aand 7.17B, gerakan berputar dapat secara digital dikodekan dengan presisi tinggi. Untuk memanfaatkan fitur ini, sebuah sensor jarak linear dapat dibangun dengan konverter dari linier menjadi gerakan berputar seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7.18. Seperti sensor

diproduksi, misalnya, dengan Control SpaceAge, Inc (www.spaceagecontrol.com). 7.4.5 Sensors5 Magnetoresistive Sensor ini serupa dalam aplikasi untuk sensor efek Hall. Untuk fungsi, mereka membutuhkan medan magnet eksternal. Oleh karena itu, setiap kali sensor magnetoresistive digunakan sebagai posisi, kedekatan, atau detektor rotasi, itu harus dikombinasikan dengan sumber dari medan magnet. Biasanya, lapangan ini berasal dari sebuah magnet permanen yang melekat pada sensor. Gambar 7.19 menunjukkan pengaturan sederhana untuk menggunakan sensor- permanen magnet-kombinasi untuk mengukur perpindahan linier. Ia mengungkapkan beberapa yang mungkin ditemui jika account yang tepat tidak diambil dari efek masalah dijelaskan dalam ayat ini. Ketika sensor ditempatkan dalam medan magnet, itu adalah terkena bidang baik dalam arah x dan y. Jika magnet yang berorientasi dengan yang sumbu sejajar dengan strip sensor (yaitu, dalam arah x) seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.19A, Hx kemudian menyediakan lapangan tambahan, dan variasi dalam Hy dapat digunakan sebagai ukuran pengungsian x. Gambar 7.19B menunjukkan bagaimana kedua Hx dan Hy bervariasi dengan x, dan Gambar. 7.19C menunjukkan sinyal output yang sesuai. Dalam contoh ini, Hx pernah melebihi Hx (Bidang yang dapat menyebabkan membalik dari sensor), dan karakteristik sensor tetap stabil dan berperilaku baik di seluruh rentang pengukuran. Namun, jika magnet terlalu kuat atau sensor melewati terlalu dekat dengan magnet, sinyal keluaran akan berbeda secara drastis. Misalkan sensor awalnya pada sumbu transversal dari magnet (x = 0). Hy akan menjadi nol dan Hx akan berada di nilai maksimum (> Hx). Dengan demikian, sensor akan akan berorientasi dalam arah x + dan tegangan output akan bervariasi seperti pada Gambar. 7.19E. Dengan gerakan sensor dalam arah + x, Hy dan V0 meningkat, dan Hx jatuh ke nol dan kemudian meningkat negatif sampai melebihi Hy-Hx. Pada titik ini, sensor karakteristik membalik dan tegangan output berbalik, bergerak fromAto B pada Gambar. 7.19E. Sebuah peningkatan lebih lanjut dalam x menyebabkan tegangan sensor bergerak sepanjang BE. Jika sensor bergerak dalam arah yang berlawanan, namun, Hx meningkat sampai melebihi + Hx dan V0 bergerak dari B ke C. Pada titik ini, karakteristik sensor lagi membalik dan V0 bergerak dari C ke D. Kemudian, di bawah kondisi ini, karakteristik sensor akan melacak hysteresis loop ABCD dan lingkaran serupa di x-arah. Gambar 7.19E adalah ideal kasus, karena pembalikan tidak pernah seperti tiba-tiba seperti yang ditunjukkan. Gambar 7.20A menunjukkan bagaimana KMZ10B dan sensor KM110B magnetoresistive mungkin digunakan untuk membuat pengukuran posisi benda logam. Sensor ini terletak antara piring dan magnet permanen, yang berorientasi dengan sumbu magnet normal terhadap sumbu plate.Adiscontinuity logam dalam struktur piring itu, seperti lubang atau wilayah dari bahan bukan magnetik, akan mengganggu medan magnet dan menghasilkan variasi dalam sinyal output dari sensor. Gambar 7.20B menunjukkan sinyal keluaran untuk dua nilai d spasi. Pada titik di mana lubang dan sensor yang tepat selaras, output adalah nol terlepas dari jarak d atau suhu sekitarnya. Gambar 7.21 menunjukkan setup lain yang berguna untuk mengukur perpindahan sudut. Sensor itu sendiri terletak di medan magnet yang dihasilkan oleh dua RES190 magnet permanen tetap ke bingkai rotable. Output dari sensor kemudian akan menjadi mengukur dari rotasi frame. Gambar 7.22Adepicts penggunaan sensor KM110 tunggal untuk mendeteksi rotasi dan arah roda bergigi. Metode deteksi arah didasarkan pada terpisah

pengolahan sinyal untuk dua sensor setengah-jembatan output. Sensor beroperasi seperti jembatan Wheatstone magnetik mengukur nonsymmetrical magnetik kondisi seperti saat gigi atau pin bergerak di depan sensor. Itu pemasangan sensor dan magnet sangat penting, sehingga sudut antara sensor simetri sumbu dan bahwa dari roda bergigi harus terus mendekati nol. Selanjutnya, keduanya sumbu (sensor dan roda itu) harus bersamaan. Sirkuit (Gambar 7.22B) menghubungkan Jembatan kedua output ke amplifier yang sesuai dan, selanjutnya, dengan low-pass filter dan Schmitt memicu untuk membentuk perbedaan keluaran signals.Aphase persegi panjang antara kedua output (Gambar 7.23Aand 7.23B) merupakan indikasi dari arah rotasi. 7.4.6 magnetostrictive Detector Sebuah transduser yang dapat mengukur perpindahan dengan resolusi tinggi melintasi jarak jauh dapat dibangun dengan menggunakan teknologi magnetostrictive dan ultrasonik [8]. Itu transduser terdiri dari dua bagian utama: Waveguide panjang (hingga 7 m panjang) dan cincin magnet permanen (Gambar 7,24). Magnet dapat bergerak bebas di sepanjang Waveguide tanpa menyentuhnya. Sebuah posisi magnet yang merupakan stimulus yang dikonversi oleh sensor menjadi sinyal output listrik. Waveguide A berisi konduktor yang, setelah menerapkan pulsa listrik, membuat sebuah medan magnet atas seluruh panjang. Lain medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen hanya ada di sekitarnya. Dengan demikian, dua medan magnet mungkin setup pada titik di mana magnet permanen terletak. Sebuah superposisi dari dua hasil bidang dalam medan magnet bersih, yang dapat ditemukan dari penjumlahan vektor. Bidang ini bersih, meskipun spiral terbentuk di sekitar Waveguide, menyebabkan ia mengalami ketegangan torsi menit, atau twist di lokasi magnet. Sentuhan ini dikenal sebagai efek theWiedemann. Oleh karena itu, pulsa listrik disuntikkan ke konduktor koaksial Waveguide ini menghasilkan mekanik memutar pulsa yang merambat sepanjang Waveguide dengan kecepatan suara khusus untuk materialnya. Ketika pulsa tiba di kepala eksitasi sensor, saat kedatangannya justru diukur. Salah satu cara untuk mendeteksi pulsa itu adalah untuk menggunakan detektor yang dapat mengkonversi kedutan ultrasonik menjadi output listrik. Hal ini dapat dicapai oleh sensor piezoelektrik atau, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7.24, dengan magnet keengganan sensor. Sensor ini terdiri dari dua kumparan kecil diposisikan dekat dua permanen magnet. Kumparan secara fisik digabungkan ke Waveguide dan dapat brengsek kapanpun Waveguide mengalami kedutan tersebut. Ini set up pulsa listrik pendek di seluruh kumparan. Waktu tunda ini pulsa dari pulsa eksitasi yang sesuai dalam konduktor koaksial adalah ukuran yang tepat dari posisi magnet cincin. Yang sesuai sirkuit elektronik mengubah waktu tunda menjadi perwakilan kode digital dari posisi dari magnet permanen di Waveguide. Keuntungan dari sensor ini adalah tinggi linearitas (di urutan 0,05% dari skala penuh), pengulangan yang baik (di urutan 3 pM), dan stabilitas jangka panjang. Sensor dapat menahan lingkungan agresif, seperti tekanan tinggi, suhu tinggi, dan radiasi yang kuat. Keuntungan lain dari Sensor ini suhu rendah sensitivitas yang dengan desain hati-hati dapat dicapai pada urutan 20 ppm / ? C. Aplikasi dari sensor ini termasuk silinder hidrolik, injection molding mesin- (Untuk mengukur perpindahan linier untuk posisi cetakan klem, injection molding materi, dan pengusiran dari bagian dibentuk), pertambangan (untuk mendeteksi gerakan batuan sekecil 25 pM), rolling mills, menekan, menempa, lift, dan perangkat lain di mana Resolusi baik di sepanjang dimensi yang besar adalah suatu kebutuhan.

7,5 Optical Sensor Setelah kontak mekanik dan sensor potentionometric, sensor optik mungkin yang paling populer untuk mengukur posisi dan perpindahan. Keuntungan utama mereka adalah kesederhanaan, tidak adanya efek loading, dan jarak operasi relatif lama. Mereka tidak sensitif menyimpang medan magnet dan gangguan elektrostatik, yang membuat mereka sangat cocok untuk aplikasi sensitif banyak. Sebuah sensor optik posisi biasanya membutuhkan setidaknya tiga komponen penting: sumber cahaya, photodetektor, dan cahaya bimbingan perangkat, yang dapat mencakup lensa, cermin, serat optik, dan sebagainya sebagainya. Sebuah contoh tunggal dan dual-mode serat optik sensor jarak diperlihatkan pada Gambar. 4.17 dan 4.18 dari Bab 4. Pengaturan serupa sering dilaksanakan tanpa serat optik ketika cahaya diarahkan menuju sasaran dengan lensa fokus dan dialihkan kembali ke detektor oleh reflektor. Saat ini, teknologi ini dasar telah substansial produk improved.Somemore kompleks dan canggih telah berevolusi. Perbaikan yang bertujuan untuk selektivitas yang lebih baik, kekebalan kebisingan, dan keandalan optik sensor. 7.5.1 Optical Bridge Konsep rangkaian jembatan, seperti jembatan Wheatstone klasik, yang digunakan dalam banyak sensor dan sensor optik adalah contoh yang baik dari itu. Salah satu penggunaan tersebut ditunjukkan pada Gambar. 7.25.Afour-kuadran photodetektor terdiri dari empat detektor cahaya terhubung dalam sirkuit bridgelike. Benda tersebut harus memiliki kontras optik terhadap latar belakang. Pertimbangkan sebuah sistem posisi pesawat ruang angkasa (Gambar 7.25A). Sebuah gambar dari Matahari atau benda lain yang cukup cerah difokuskan oleh sistem optik (teleskop) pada photodetektor empat kuadran. Bagian-bagian yang berlawanan dari detektor yang terhubung dengan masukan yang sesuai dari penguat perbedaan (Gambar 7.25B). Setiap amplifier menghasilkan sinyal keluaran sebanding dengan perpindahan gambar dari optik pusat sensor sepanjang sumbu yang sesuai. Ketika gambar sempurna berpusat, kedua amplifier menghasilkan output nol. Hal ini dapat terjadi hanya jika sumbu optik teleskop melewati objek. 7.5.2 Kedekatan Detector dengan Light Polarized Salah satu metode membangun sensor optoelektronik yang lebih baik adalah dengan menggunakan cahaya terpolarisasi. Masing-masing foton cahaya telah spesifik arah medan magnet dan listrik tegak lurus satu sama lain dan ke arah propagasi (lihat Gambar. 3.48 dari Bab 3). Arahnya dari medan listrik adalah arah polarisasi cahaya. Sebagian besar sumber cahaya menghasilkan cahaya dengan foton secara acak terpolarisasi. Untuk membuat cahaya terpolarisasi, dapat diarahkan melalui filter polarisasi, (yaitu, suatu bahan khusus yang memancarkan cahaya terpolarisasi hanya dalam satu arah dan menyerap dan mencerminkan foton dengan polarisasi yang salah). Namun, setiap arah polarisasi dapat direpresentasikan sebagai jumlah geometris dua polarisasi ortogonal: Salah satunya adalah sama dengan filter dan yang lainnya nonpassing. Dengan demikian, dengan memutar polarisasi cahaya sebelum filter polarisasi, kita mungkin secara bertahap mengubah intensitas cahaya di output filter itu (Gbr. 7.26). Cahaya Whenpolarized menyerang obyek, yang tercermin lightmayretain polarisasi

(Refleksi specular) atau sudut polarisasi dapat berubah. Yang terakhir ini khas untuk banyak benda bukan logam. Dengan demikian, untuk membuat sensor nonsensitive untuk benda-benda reflektif (Seperti kaleng logam, pembungkus foil, dan sejenisnya), mungkin termasuk dua tegak lurus diposisikan polarisasi filter: satu di sumber cahaya dan yang lainnya di detektor (Gambar 7.27A dan 7.27B). Filter pertama diposisikan di lensa memancarkan (sumber cahaya) untuk polarisasi cahaya keluar. Filter kedua adalah pada lensa penerima (detector) untuk memungkinkan perjalanan hanya komponen cahaya yang memiliki rotasi ? 90 sehubungan dengan polarisasi keluar. Setiap kali cahaya tercermin dari reflektor specular, yang arah polarisasi tidak berubah dan filter penerima tidak akan memungkinkan cahaya untuk lolos ke photodetektor. Namun, cahaya ketika tercermin dalam cara nonspecular, komponennya akan berisi jumlah yang cukup polarisasi untuk pergi melalui menerima filter dan mengaktifkan detektor. Oleh karena itu, penggunaan polarizer mengurangi positif palsu deteksi benda non logam. 7.5.3 Fiber Optic Sensor- Sensor serat optik dapat digunakan cukup efektif sebagai kedekatan dan tingkat detektor. Satu contoh sensor perpindahan ditunjukkan pada Gambar. 4.18 dari Bab 4, di mana intensitas cahaya yang dipantulkan dimodulasi oleh d jarak ke permukaan reflektif. Aliquid tingkat detektor (lihat juga Bagian 7.8.3) dengan dua serat dan prisma ditampilkan pada Gambar. 7.28. Ini memanfaatkan perbedaan antara indeks bias udara (atau fase gas bahan) dan cairan diukur. Ketika sensor berada di atas tingkat cair, transmisi serat (di sebelah kiri) mengirimkan sebagian besar dari cahayanya ke serat penerima (di sebelah kanan) karena refleksi internal total prisma. Namun, beberapa sinar cahaya mendekati permukaan prisma reflektif pada sudut kurang dari sudut refleksi internal total hilang ke lingkungan. Ketika prisma mencapai tingkat cair, sudut Total perubahan refleksi internal karena indeks bias cairan lebih tinggi dari bahwa udara. Hal ini mengakibatkan kerugian yang jauh lebih besar dalam intensitas cahaya, yang dapat terdeteksi pada ujung serat penerima. Intensitas cahaya diubah menjadi sinyal listrik oleh photodetektor yang tepat. Versi lain dari sensor ditunjukkan pada Gambar. 7.29, yang menunjukkan sensor dibuat oleh Sensor Gems (Plainville, CT). Serat adalah U-berbentuk, dan setelah dicelupkan ke dalam cairan, itu memodulasi intensitas cahaya yang lewat. Detektor ini memiliki dua daerah sensitif di dekat tikungan, di mana jari-jari kelengkungan adalah yang terkecil. Seluruh majelis dikemas menjadi mmdiameter 5- probe dan memiliki kesalahan pengulangan dari sekitar 0,5 mm. Perhatikan bahwa bentuk elemen penginderaan menarik tetesan cairan jauh dari daerah penginderaan ketika probe ditinggikan di atas tingkat cair. 7.5.4 Fabry-Perot Sensor Untuk mengukur perpindahan kecil dengan presisi tinggi dalam lingkungan yang keras, disebut Fabry-Perot rongga optik dapat rongga employed.The berisi dua semireflective cermin saling berhadapan dan dipisahkan oleh jarak L (Gambar 7.30A). Rongga disuntikkan dengan cahaya dari sumber yang dikenal (laser, misalnya) dan foton dalam rongga memantul bolak-balik antara dua cermin, mengganggu satu sama lain dalam proses. Bahkan, rongga adalah tangki penyimpanan untuk cahaya. Pada beberapa frekuensi

foton, cahaya dapat keluar dari rongga. Sebuah interferometer Fabry-Perot pada dasarnya filter frekuensi yang transmisi frekuensi sangat erat terkait dengan panjang rongga (Gambar 7.30B). Sebagai perubahan panjang rongga, frekuensi di mana ia mentransmisikan perubahan cahaya sesuai. Jika Anda membuat salah satu cermin bergerak, dengan pemantauan frekuensi optik transmisi, perubahan sangat kecil dalam panjang rongga dapat diselesaikan. Band-band sempit cahaya yang ditransmisikan dipisahkan oleh frekuensi yang berbanding terbalik dengan panjang rongga: ? = c? 2L , (7,8) di mana c adalah kecepatan cahaya. Untuk rongga praktis dengan pemisahan cermin pada urutan dari 1 pM, nilai-nilai khas? ? adalah antara 500 MHz dan 1 GHz. Dengan demikian, dengan mendeteksi pergeseran frekuensi cahaya yang ditransmisikan sehubungan dengan sumber cahaya referensi, perubahan dalam dimensi rongga dapat diukur dengan akurasi yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya. Apapun dapat menyebabkan perubahan dalam dimensi rongga (Gerakan cermin) dapat menjadi subjek dari pengukuran. Ini termasuk ketegangan, kekerasan, tekanan, dan suhu. Fabry-Perot rongga berbasis sensor telah banyak digunakan untuk fleksibilitas mereka, karena Misalnya, mereka telah digunakan untuk merasakan baik tekanan dan temperatur [7-10]. Ini jenis sensor mendeteksi perubahan panjang jalur optik yang disebabkan oleh salah satu perubahan dalam indeks bias atau perubahan panjang fisik rongga. Micromachining teknik membuat Fabry-Perot sensor lebih menarik dengan mengurangi ukuran dan biaya dari elemen penginderaan. Keuntungan lain dari sensor Fabry-Perot miniatur yang rendah koherensi cahaya sumber, seperti cahaya-emitting diode (LED) atau bahkan cahaya lampu, dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal interferometric. Sebuah sensor tekanan dengan rongga Fabry-Perot ditunjukkan pada Gambar. 7.31A. Tekanan diterapkan pada membran bagian atas. Di bawah tekanan, diafragma mengalihkan hati, sehingga mengurangi rongga L. dimensi rongga ini monolithically dibangun oleh micromachined teknologi dan cermin dapat berupa lapisan dielektrik atau lapisan logam diendapkan atau menguap selama proses manufaktur. Ketebalan masing-masing Lapisan harus dikontrol ketat untuk mencapai target kinerja dari sensor. Sebuah sensor tekanan ultraminiature diproduksi oleh FISO Technologies (www.fiso.com) adalah ditunjukkan pada Gambar. 7.31B. Sensor ini memiliki koefisien temperatur yang sangat kecil dari sensitivitas (

Bagian 7.5.6. Output dari detektor langsung berhubungan dengan stimulus masukan diterapkan dengan sensor FPI. Metode penginderaan memiliki keuntungan dari respon linier, ketidakpekaan terhadap intensitas cahaya yang dihasilkan dari sumber cahaya atau transmisi serat, fleksibilitas untuk mengukur rangsangan yang berbeda dengan kisaran, instrumen yang sama yang dinamis yang lebar (1: 15.000), dan resolusi tinggi. Selain itu, serat optik sensor yang kebal terhadap banyak elektromagnetik dan radio frekuensi gangguan (EMI dan RFI) dan dapat beroperasi andal di lingkungan yang keras tanpa efek samping. Sebagai contoh, sebuah sensor FPI dapat berfungsi di dalam oven microwave. 7.5.5 Grating Sensor Sebuah transduser perpindahan optik dapat dibuat dengan dua kisi-kisi yang tumpang tindih yang berfungsi sebagai modulator cahaya-intensitas (Gambar 7.33A). Sinar yang masuk percontohan pemogokan kisi, pertama stasioner yang memungkinkan hanya sekitar 50% cahaya untuk lulus menuju kisi-kisi, kedua bergerak. Ketika buram sektor kisi bergerak justru diselaraskan dengan sektor transmisi dari kisi-kisi stasioner, cahaya akan benar-benar redup. Oleh karena itu, intensitas cahaya sinar transmisi dapat dimodulasi dari 0% sampai 50% dari sinar percontohan (Gambar 7.33B). Sinar ditransmisikan difokuskan pada permukaan sensitif photodetektor, yang mengubah cahaya menjadi listrik saat ini. Perpindahan skala penuh sama dengan ukuran sektor (atau jelas) buram. Ada trade-off antara jangkauan dinamis dari modulator dan sensitivitas; yaitu, untuk lapangan besar kisi (ukuran besar sektor transparan dan buram), sensitivitas rendah, namun, perpindahan besar-besaran besar. Untuk lebih tinggi sensitivitas, lapangan kisi dapat dibuat sangat kecil, sehingga gerakan menit dari kisi-kisi akan menghasilkan sinyal output yang besar. Jenis modulasi yang digunakan dalam hidrofon sensitif [11] untuk merasakan perpindahan dari diafragma. Lemparan kisi adalah 10 pM, yang berarti bahwa perpindahan skala penuh adalah 5 pM. Sumber cahaya adalah 2-mW He-Ne laser yang cahaya digabungkan ke kisi-kisi melalui optik serat. Tes dari hidrofon telah menunjukkan bahwa perangkat sensitif dengan dynamic range 125 dB tekanan yang direferensikan ke 1 Pa, dengan frekuensi respon hingga 1 kHz. Prinsip kisi modulasi cahaya digunakan dalam berputar sangat populer atau linier encoders, di mana topeng bergerak (biasanya dibuat dalam bentuk disk) memiliki transparan dan buram bagian (Gambar 7.34). Fungsi disk yang encoding sebagai interrupter balok cahaya dalam optocoupler; yaitu ketika bagian buram disk istirahat sinar, detektor adalah dimatikan (digital menunjukkan ZERO), dan ketika cahaya melewati transparan Bagian, detektor pada (digital menunjukkan SATU). Optik encoders biasanya mempekerjakan emitter inframerah dan detektor yang beroperasi dalam kisaran spektral 820-940 nm. Disk terbuat dari plastik laminasi dan garis-garis buram diproduksi oleh Proses fotografi. Disk ini ringan, memiliki inersia rendah dan biaya rendah dan pameran baik ketahanan terhadap guncangan dan getaran. Namun, mereka memiliki operasi yang terbatas Kisaran suhu. Disk untuk kisaran suhu yang lebih luas yang dibuat dari tergores logam. Ada dua jenis disket encoding: incremental, yang menghasilkan transien setiap kali diputar untuk sudut pitch, dan mutlak, yang sudut posisi

dikodekan dalam kombinasi daerah buram dan transparan di sepanjang jari-jari. Itu encoding dapat didasarkan pada kode digital nyaman. Yang paling umum adalah abu kode, biner, dan BCD (desimal kode biner). Sistem pengkodean tambahan lebih sering digunakan daripada absolut sistem, karena biaya lebih rendah dan kompleksitas, terutama dalam aplikasi mana jumlah yang diinginkan, bukan posisi. Ketika menggunakan pengkodean inkremental disk, penginderaan dasar gerakan dapat dibuat dengan saluran optik tunggal (sepasang emitor-detektor), sedangkan posisi kecepatan dan tambahan dan arah penginderaan harus menggunakan dua. Pendekatan yang paling umum digunakan adalah penginderaan quadrature, di mana posisi relatif dari sinyal output dari dua saluran optik dibandingkan. Perbandingan menyediakan informasi arah, dan salah satu dari individu saluran memberikan sinyal transisi digunakan untuk menurunkan baik jumlah atau informasi kecepatan (Gambar 7.31C dan 7.31D). 7.5.6 Optical Sensor Linear (PSD) Untuk pengukuran posisi presisi atas rentang pendek dan panjang, sistem optik operasi dalam inframerah dekat bisa sangat efektif. Contohnya adalah posisi-sensitif detektor (PSD) diproduksi untuk posisi presisi penginderaan dan autofocusing fotografi dan video kamera. Modul pengukuran posisi dari suatu aktif: Ini menggabungkan light emitting diode (LED) dan PSD photodetective. Posisi suatu obyek ditentukan dengan menerapkan prinsip pengukuran segitiga. Gambar 7.35 menunjukkan bahwa dekat-inframerah LED melalui lensa kolimator menghasilkan sudut sempit balok (

sensor dalam proporsi yang sesuai dengan resistensi dan, karena itu, untuk jarak antara titik kejadian dan elektroda: IA = I0 RD-Rx RD dan IB = I0 Rx RD . (7.9) Jika resistensi terhadap jarak yang linear, mereka dapat diganti dengan masing jarak di permukaan: IA = I0 D-x D dan IB = I0 c D . (7.10) Untuk menghilangkan ketergantungan dari arus fotolistrik (dan intensitas cahaya), kita dapat menggunakan teknik ratiometric, yaitu, kita mengambil rasio dari arus, P = IA IB = D x -1, (7.11) yang kita dapat menulis ulang untuk nilai x: x = D P +1 . (7.12) Gambar 7.35 menunjukkan hubungan geometris antara berbagai jarak dalam pengukuran sistem. Pemecahan dua segitiga untuk L0 hasil L0 = f LB x , (7.13) di mana f adalah jarak fokus lensa penerima. Mengganti Eq. (7.12) kita memperoleh jarak dari segi rasio lancar: L0 = f LB D (P +1) = k (P +1), (7.14) di mana k disebut konstanta geometris modul. Oleh karena itu, jarak dari modul untuk objek linear mempengaruhi rasio arus output PSD. Prinsip operasi Asimilar diimplementasikan dalam perpindahan optik industri sensor (Gbr. 7.37) di mana PSD yang digunakan untuk pengukuran perpindahan kecil di operasi jarak beberapa sentimeter. Sensor optik tersebut sangat efisien untuk on-line pengukuran ketinggian perangkat (papan sirkuit cetak pemeriksaan, cair dan padatan-tingkat kontrol, laser kontrol ketinggian obor, dll), untuk pengukuran

dari eksentrisitas benda berputar, untuk ketebalan dan pengukuran presisi perpindahan, untuk mendeteksi ada atau tidak adanya suatu objek (obat botol caps), dan sebagainya. Sebuah keuntungan besar dari sebuah sensor perpindahan optik dengan PSD adalah bahwa akurasinya mungkin jauh lebih besar daripada akurasi PSD itu sendiri [12]. Unsur-unsur PSD diproduksi dari dua tipe dasar: satu dan dua dimensi. Sirkuit setara dari keduanya ditunjukkan pada Gambar. 7.38. Karena rangkaian ekivalen memiliki kapasitansi didistribusikan dan resistensi, konstanta waktu PSD bervariasi tergantung pada posisi titik cahaya. Dalam menanggapi masukan fungsi langkah, daerah-kecil PSD memiliki waktu naik di kisaran 1-2 mikrodetik. Respon spektral adalah sekitar 320-1100 nm, yaitu, PSD meliputi ultraviolet (UV), terlihat, dan nearinfrared spektral rentang. Kecil-daerah satu-dimensi PSDS memiliki permukaan sensitif mulai dari 1 2 sampai 1 12 mm, sedangkan daerah-besar dua dimensi sensor memiliki area persegi dengan sisi berkisar antara 4 sampai 27 mm. 7,6 Ultrasonic Sensor Untuk pengukuran jarak noncontact, sebuah sensor aktif yang mentransmisikan beberapa jenis dari sinyal pilot dan menerima sinyal tercermin dapat dirancang. The ditransmisikan energi mungkin dalam bentuk apapun radiasi elektromagnetik-misalnya, elektromagnetik dalam rentang optik (seperti dalam PSD) di kisaran microwave, akustik, dan sebagainya sebagainya. Pengiriman dan penerimaan dari energi ultrasonik adalah dasar untuk sangat populer ultrasonik jarak meter, dan detektor kecepatan. Gelombang ultrasonik mekanik akustik gelombang mencakup rentang frekuensi yang jauh melampaui kemampuan manusia telinga (yaitu, lebih dari 20 kHz). Namun, frekuensi ini mungkin sangat perseptif oleh kecil hewan, seperti anjing, kucing, tikus, dan serangga. Memang, ultrasonik detektor adalah perangkat mulai biologis untuk kelelawar dan lumba-lumba. Ketika gelombang insiden pada objek, bagian dari energi mereka tercermin. Di banyak kasus praktis, energi ultrasonik tercermin dalam cara difus, yaitu, terlepas dari arah dari mana energi berasal, hal ini tercermin hampir seragam dalam sudut lebar yang solid, yang mungkin mendekati 180 ?. Jika suatu benda bergerak, frekuensi gelombang yang dipantulkan akan berbeda dari gelombang yang ditransmisikan. Ini disebut Doppler effect.6 The distanceL0 ke objek dapat dihitung melalui v kecepatan ultrasonik gelombang di media, dan sudut, K (Gambar 7.39A): L0 = vt cosK 2 , (7.15) di mana t adalah waktu bagi gelombang ultrasonik untuk melakukan perjalanan ke objek dan kembali ke penerima. Jika pemancar dan penerima diposisikan dekat satu sama lain dibandingkan dengan jarak ke obyek, maka cosK 1. Gelombang ultrasonik memiliki jelas keuntungan atas gelombang mikro: mereka merambat dengan kecepatan suara, yang jauh lebih lambat dari kecepatan cahaya di mana gelombang mikro merambat. Dengan demikian, waktu t jauh lebih panjang dan pengukurannya dapat dicapai lebih mudah dan lebih murah. Untuk menghasilkan apapun gelombang mekanik, termasuk ultrasonik, pergerakan permukaan diperlukan. Gerakan ini menciptakan kompresi dan perluasan media, yang dapat gas (udara), cairan, atau solids.7 Jenis yang paling umum dari perangkat eksitasi yang dapat menghasilkan gerakan permukaan dalam kisaran ultrasonik adalah transduser piezoelektrik beroperasi dalam modus motorik disebut. Namanya bahwa piezoelektrik perangkat secara langsung mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

Gambar 7.40A menunjukkan bahwa tegangan input diterapkan penyebab elemen keramik untuk melenturkan dan mengirimkan gelombang ultrasonik. Karena piezoelektrik adalah fenomena reversibel, keramik menghasilkan tegangan ketika gelombang ultrasonik masuk melenturkan itu. Di Dengan kata lain, elemen dapat bekerja baik sebagai pemancar dan penerima (mikrofon). Frekuensi yang khas operasi elemen piezoelektrik transmisi dekat 32 kHz. Untuk efisiensi yang lebih baik, frekuensi osilator mengemudi harus disesuaikan dengan frekuensi resonansi fr dari keramik piezoelektrik (Gambar 7.39B), di mana sensitivitas dan efisiensi dari elemen yang terbaik. Ketika pengukuran sirkuit beroperasi dalam mode berdenyut, elemen piezoelektrik yang sama digunakan untuk kedua transmisi dan menerima. Ketika sistem membutuhkan transmisi terus menerus gelombang ultrasonik, elemen piezoelektrik terpisah digunakan untuk pemancar dan penerima. Sebuah desain khas dari sebuah sensor udara-operasi ditunjukkan pada Gambar. 7.40B dan 7.41A. Sebuah diagram sensitivitas directional (Gambar 7.41B) adalah penting bagi tertentu aplikasi. The sempit diagram, transduser lebih sensitif tersebut. 7,7 Radar Sensor 7.7.1 microPower Impulse Radar Pada tahun 1993, Lawrence Livermore National Laboratory telah mengembangkan sebuah microPower impuls radar (MIR), yang merupakan biaya rendah noncontact sensor mulai. Operasi prinsip MIR adalah dasarnya sama dengan yang dari radar pulsa konvensional sistem, tetapi dengan beberapa perbedaan yang signifikan. The MIR (Gambar 7.42) terdiri dari putih-kebisingan generator yang output sinyal memicu generator pulsa. Denyut nadi Generator menghasilkan pulsa sangat pendek dengan tingkat rata-rata 2MHz 20%. Pulsa masing-masing memiliki durasi pendek tetap t, sedangkan pengulangan pulsa ini adalah acak, menurut untuk memicu oleh noise generator. Pulsa spasi acak sehubungan dengan satu sama lain dalam suara Gaussian-seperti pola. Jarak antara pulsa berkisar dari 200-625 ns. Dapat dikatakan bahwa pulsa memiliki modulasi pulsa-frekuensi (PFM) oleh kebisingan putih dengan indeks maksimum 20%. Pada gilirannya, alun-alun gelombang pulsa menyebabkan amplitudo modulasi (AM) dari pemancar radio. Modulasi ini memiliki 100% mendalam, yaitu, pemancar dihidupkan dan dimatikan oleh pulsa. Seperti ganda-langkah modulasi disebut PFM-AM. Pemancar radio menghasilkan semburan pendek tinggi-frekuensi sinyal radio yang merambat dari antena pemancar ke ruang sekitarnya. Elektromagnetik gelombang mencerminkan dari objek dan merambat kembali ke radar. Pulsa yang sama generator yang memodulasi gerbang pemancar (dengan penundaan yang telah ditetapkan) yang penerima radio untuk mengaktifkan penerimaan MIR hanya selama jendela waktu tertentu. Alasan lain untuk gating penerima adalah untuk mengurangi konsumsi daya. The tercermin pulsa diterima dan didemodulasi (bentuk gelombang persegi dipulihkan dari sinyal radio), dan waktu tunda sehubungan dengan pulsa ditransmisikan diukur. Waktu tunda sebanding dengan D jarak dari antena ke objek dari dimana gelombang radio tercermin: td = 2 tr -1, Di mana c adalah kecepatan cahaya. Frekuensi pembawa (frekuensi tengah) dari pemancar radio adalah baik 1,95 atau 6,5 GHz. Karena pulsa modulasi sangat pendek, bandwidth perkiraan Sinyal dipancarkan sangat lebar sekitar 500 MHz (untuk pembawa 1,95-GHz). The spasial distribusi energi ditransmisikan ditentukan oleh jenis antena. Untuk

antena dipol, mencakup hampir 360 ?, tapi mungkin dibentuk dengan pola yang diinginkan dengan menggunakan tanduk, reflektor, atau lensa. Karena modulasi tak terduga Pola, bandwidth yang lebar, dan kepadatan spektral rendah dari sinyal yang ditransmisikan, sistem MIR cukup kebal terhadap penanggulangan dan hampir tidak tersembunyi-yang energi dipancarkan dirasakan oleh penerima nonsynchronous sebagai kebisingan termal putih. Siklus rata-rata dari pulsa ditransmisikan kecil (

7,8 Tebal dan Sensor Tingkat Dalam aplikasi industri, pengukuran ketebalan material adalah penting untuk manufaktur, proses dan kontrol kualitas, keamanan, udara, dan sebagainya. Itu metode ketebalan mengukur berkisar dari optik, untuk ultrasonik, untuk x-ray. Di sini, kita meninjau secara singkat beberapa metode yang kurang dikenal. 7.8.1 Ablation Sensor Ablasi adalah disipasi panas dengan pencairan dan penghapusan perlindungan korban Lapisan selama masuk kembali atmosfer. Aerospace kendaraan mengalami pemanasan aerodinamis signifikan sering mengandalkan terablasi sistem perlindungan termal (TPS) untuk menjaga struktur internal dan peralatan bawah suhu operasi kritis. Sebuah terablasi TPS mengalami dekomposisi kimia atau perubahan fasa (atau keduanya) di bawah internal suhu kritis struktur itu. Insiden energi panas ini kemudian disalurkan ke mencair, menyublim, atau membusuk Ablator tersebut. Tingkat resesi Ablator secara langsung sebanding dengan fluks di permukaan. Sebuah ukuran ketebalan Ablator diperlukan untuk memperkirakan fluks permukaan panas. Dengan demikian, sebuah sensor ablasi adalah jenis sensor posisi yang mendeteksi posisi permukaan luar lapisan ablasi dan memberikan ukuran yang tersisa ketebalan. Sensor ablasi dapat dibangun ke dalam lapisan ablasi (mengganggu sensor) atau menjadi noninvasif. Sensor mengganggu meliputi mengukur breakwire ablasi, transduser radiasi (RAT) sensor, dan pipa cahaya [13] The mengukur ablasi terdiri breakwire. Tipis beberapa kabel ditanamkan pada tingkat dikenal berbagai Ablator sebuah. Sebagai bahan semakin mengikis, setiap kawat berturut-turut rusak dan hasil dalam sebuah sirkuit terbuka. Gambar 7.46A menggambarkan konsep ini. Dalam beberapa kasus [14] breakwire berfungsi sebagai termokopel (TC) dan masing-masing terletak sehingga tidak ada TC breakwire langsung di atas yang lain. Pengaturan ini memungkinkan jalur konduksi terhalang melalui Ablator untuk setiap breakwire TC, termasuk di tingkat bawah. Meskipun metode breakwire menyediakan temperatur waktu sejarah sampai TC terakhir terkena dan hancur, metode ini hanya menyediakan data resesi pada titik yang berbeda beberapa. Sensor pipa cahaya terdiri dari serat kuarsa ditanamkan dalam suatu Ablator dan diakhiri pada kedalaman dikenal (Gambar 7.46B). Ketika theTPS surut ke tempat serat berakhir, cahaya mentransmisikan ke dioda. Metode ini menyediakan data resesi pada yang berbeda poin saja dan tidak memberikan data temperatur, sebagai metode breakwire tidak. Sensor Sepenuhnya invasif untuk mengukur lapisan ablasi dapat dibangun dengan menggunakan metode kapasitif. Sensor dibuat dalam bentuk dua elektroda yang mungkin memiliki berbagai bentuk [13]. Sensor ditempatkan secara seri dengan induktor dan resistor membentuk penghentian (RLC) resistif, induktif, dan kapasitif untuk Waveguide (Misalnya, kabel koaksial). Pengaturan ditunjukkan pada Gambar. 7.47 sangat mirip dengan pemancar-antena konfigurasi. Pengakhiran RLC memiliki frekuensi resonansi didekati dengan f0 = 1 2p v LC . (7.16) Ketika energi elektromagnetik pada frekuensi resonansi diturunkan Waveguide,

semua energi menghilang dalam resistor. Namun, jika frekuensi resonansi penghentian perubahan (misalnya, karena perubahan kapasitansi), sebagian kecil dari energi dipantulkan kembali ke sumber. Sebagai kapasitansi terus berubah, energi mencerminkan kenaikan. Antena yang bekerja seperti ini dikatakan tidak selaras. Dalam hal ini Situasi, orang bisa menggunakan jembatan refleksi-koefisien yang tersedia secara komersial (RCB) antara sumber frekuensi radio (RF) dan penghentian Waveguide. The RCB menghasilkan tegangan dc sebanding dengan energi yang dipantulkan. Kemudian, antena dapat disesuaikan sampai tegangan output jembatan adalah minimum dan energi ditransmisikan maksimal. 7.8.2 Thin-Film Sensor Sensor untuk mengukur ketebalan dari berbagai film dari alat pengukur mesin, untuk optik, untuk elektromagnetik dan kapasitif. Metode optik dibatasi untuk transparan atau film semitransparan. The planar elektroda yang meniru sebuah kapasitor pelat sejajar menghasilkan output yang tinggi, namun, harus akurat, mereka dan film sampel harus hampir sempurna paralel, yang sering tidak praktis, terutama untuk permukaan di mana film ini diposisikan pada kelengkungan. Dengan demikian, berbagai jenis elektroda telah diusulkan. Contoh dari sensor kapasitif sederhana yang dapat mengukur ketebalan cair Film disajikan dalam [15]. Ketebalan film cair diukur melalui kapasitansi antara dua kecil-kawat probe menonjol ke dalam cairan (Gambar 7.46C). Cairan bertindak sebagai dielektrik antara dua pelat sebuah kapasitor, dengan pelat menjadi dua kecil-kawat probe. Jika cairan memiliki dielektrik yang berbeda konstan dari udara, perubahan cair tingkat hasil dalam perubahan kapasitansi probe. Perubahan kapasitansi diukur dengan memasukkan probe ke dalam sirkuit frekuensi-modulasi. A frekuensi tetap adalah input ke sirkuit, dan frekuensi output tergantung pada probe kapasitansi. Tipe lain dari elektroda adalah bola dan diusulkan untuk dielektrik kering Film [16]. Kapasitansi diukur antara bola logam (a-stainless steel bola memiliki diameter antara 3 dan 4 mm) dan basis konduktif (Gambar 7.48A). Untuk meminimalkan efek fringing, bola dikelilingi oleh perisai didorong yang membantu dalam mengarahkan medan listrik hanya menuju elektroda dasar melalui film. 7.8.3 Cair Tingkat Sensor Ada banyak cara untuk mendeteksi kadar cairan. Mereka termasuk penggunaan resistif (Lihat Gambar 7.1b.), Optik (lihat Gambar. 7.28), magnet (lihat Gambar. 7.24), dan kapasitif (lihat Gambar. 3,8 sensor Bab 3). Pemilihan sensor tertentu tergantung pada banyak faktor, tapi mungkin faktor yang menentukan adalah jenis cairan. Salah satu yang paling menantang adalah gas cair, khususnya helium cair, yang memiliki kepadatan rendah dan dielektrik rendah konstan, tidak menyebutkan penyimpanan dalam botol Dewar tertutup pada temperatur kriogenik. Apakah kasus-kasus sulit seperti itu, sensor transmisi-line mungkin cukup efisien. Sensor beroperasi pada prinsip yang mirip dengan salah satu yang digambarkan untuk penginderaan ablasi (Gbr. 7.47). Untuk mendeteksi tingkat cair, transmisi-line sensor dapat dibangun seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.49. Probe menyerupai sensor kapasitif tingkat ditunjukkan pada Gambar. 3,8 dari Bab 3; Namun, operasi tidak bergantung pada konstanta dielektrik cair, seperti kasus pada Gambar. 3.8. Probe tampak seperti tabung panjang dengan elektroda batin dikelilingi oleh elektroda silinder luar. Probe terbenam ke dalam cairan, yang dengan bebas dapat mengisi ruang antara elektroda. Elektroda diberi makan dengan sinyal frekuensi tinggi (sekitar 10 MHz) Alength probe dapat berupa panjang gelombang praktis tapi. Untuk respon linear, disarankan untuk tetap kurang dari (1/4) ? [17]. Frekuensi tinggi

Sinyal menyebar sepanjang saluran transmisi yang dibentuk oleh dua elektroda. Cairan mengisi ruang antara elektroda sampai x tingkat tertentu. Karena konstanta dielektrik cairan berbeda dari uap nya, sifat-sifat saluran transmisi tergantung pada posisi garis batas antara cairan dan uap (Dengan kata lain, pada tingkat cair). Sinyal frekuensi tinggi sebagian tercermin dari batas cair-uap dan merambat kembali ke bagian atas sensor. Untuk tingkat tertentu, menyerupai radar yang mengirimkan sinyal pilot dan menerima refleksi. Dengan mengukur pergeseran fasa antara sinyal ditransmisikan dan tercermin, posisi garis perbatasan dapat dihitung. Pengukuran fase-shift diselesaikan oleh komparator fase yang menghasilkan tegangan dc pada output. Seorang yang lebih tinggi konstanta dielektrik menghasilkan refleksi yang lebih baik dan, dengan demikian, sensitivitas sensor meningkatkan sesuai (Gambar 7.49B).