Sensor de posición lineal económico, fiable y de baja resolución

La pregunta

Estoy buscando un sensor de posición lineal absoluta que pueda abarcar una distancia de 40 cm con una precisión de ~5 mm. Mis principales preocupaciones son la confiabilidad y el costo a una escala de producción de ~10,000 unidades. Idealmente, puedo encontrar un proveedor que proporcione un sensor listo para usar, pero modificar un diseño existente e imprimir placas de circuito no está fuera de discusión. Necesito recomendaciones sobre qué tecnología considerar (LVDT, codificadores ópticos, codificadores magnéticos, etc.).

La búsqueda hasta ahora

Escuché que los potenciómetros y las soluciones mecánicas en general son menos confiables que las soluciones sin contacto como los LVRT y los codificadores. Principalmente he centrado la búsqueda en codificadores porque estoy un poco más familiarizado con ellos. La mayoría de los codificadores que encuentro tienen una precisión de una micra y cuestan más de lo que espero pagar por ellos ( ejemplo ). Me parece que lo que necesito es el interior de un calibrador digital barato que acaba de explotar un poco (a 40 cm de largo), pero parece que no puedo encontrar un proveedor que construya y venda todo el interior del calibrador digital.

Cosas que ya he leído:

Preguntas como esta y esta son similares a las mías, pero ambas tienen diferentes requisitos de precisión y ninguna preguntaba sobre la producción a escala. Respuestas como "comprar un ratón óptico y desarmarlo" les funcionaron, pero a mí no. También he visto comparaciones de tecnología de detección de posición ( ejemplo ), pero siempre parecen centrarse en soluciones con una resolución significativamente más alta de la que necesito.

Detalles sangrientos en caso de que importen o tengas curiosidad

  • Restricciones mecánicas: el hardware no puede extenderse más de ~5 centímetros más allá de la longitud de carrera del sensor.
  • Definición de confiabilidad: Al menos 20-30k ciclos antes de fallar.
  • Frecuencia de muestreo: no debería ser un problema, tan bajo como 10sps estaría bien
  • Factores ambientales: un entorno al aire libre protegido para que la temperatura pueda oscilar ~0-100 grados C y pueda existir condensación
Creo que necesita ampliar cuál es el uso, es decir, explicar qué está haciendo la máquina
@PaulSullivan ¿Te refieres a la configuración física? Tengo un riel y un deslizador. Necesito saber dónde está el control deslizante en el riel. Aparte de eso, puedo configurar la mecánica prácticamente, sin embargo, lo necesito siempre que el sensor funcione.
¿Qué mueve el control deslizante?
Con una cantidad de 10k, lo más probable es que pueda obtener herramientas para extender los calibradores digitales. Tomas las partes internas y extiendes la parte deslizante tanto como necesites. Sin embargo, pueden saltar a altas velocidades.
@Tut una persona mueve el control deslizante
@ HL-SDK Eso es lo que estaba pensando también. Sin embargo, parece que no puedo averiguar cómo hacerlo. También tengo curiosidad por lo que quieres decir con omitir. Tenía la impresión de que daban medidas absolutas. ¿Quiere decir que podrían dar malas lecturas mientras se mueven rápido y se recuperan o se desalinean?
@Martillo Correcto. Dan medidas relativas en el mismo sentido en que puede ejecutar un motor paso a paso en bucle abierto. Si se salta un paso, es una detección perdida. Mire @ esta imagen no.life.ee/rainer/pics/stator01.jpg Sugeriría intentar duplicar el patrón debajo de la cinta marcada. Entonces es cuestión de montar el cabezal sensor. Tienen una salida en serie si desea una lectura digital. Si tengo tiempo, daré una respuesta.
@ HL-SDK Parece que están muy afectados por la humedad, la condensación puede evitar que funcionen. Parece haber una solución muy similar que usa inductancia en lugar de capacitancia sylvac.ch/…

Respuestas (5)

Si realmente está pegado a la idea de una medición absoluta, consideraría la teoría del funcionamiento de un calibrador electrónico.

¿Cómo funciona un calibrador electrónico?

Como advertencia, estos son económicos porque son artículos básicos en este momento. Puede ser bastante caro por unidad.

También podría usar un sensor capacitivo. Tenga un contacto flotante que viaje sobre un triángulo conductor largo y delgado. En un extremo apenas habría capacitancia y en el otro se maximizaría el área superficial aumentando la capacitancia.

Los ultrasonidos de 40 KHZ tienen una longitud de onda de 8 cm... a menos que pueda determinar en qué parte de la onda se encuentra (e ignorar los ecos), tendrá problemas de resolución.
Resolución de 1 mm, así que ese no es el problema. La distancia mínima es el problema en realidad. El costo es otro: maxbotix.com/Ultrasonic_Sensors/MB1013.htm Eliminaré la parte ultrasónica de mi respuesta.
lo siento... no 8 cm... es una resolución de 8,6 mm.
Su idea de medir la capacitancia de un triángulo no es algo que haya escuchado antes, suena intrigante. ¿Conoces alguna aplicación de esa técnica?
Yo no. Es básicamente un capacitor variable aunque. Si prueba este método, asegúrese de usar una frecuencia lo suficientemente alta ya que la capacitancia no será mucha. Una alternativa serían las almohadillas de rastreo a intervalos de 5 mm. Luego simplemente escanee a través de las almohadillas y vea cuáles tienen mayor capacitancia.

No dice si se requiere que la posición sea no volátil. De lo contrario, podría hacer una combinación de correa/engranaje que impulse un codificador óptico. Con engranajes de 1 pulgada de diámetro, su figura de 5 cm parece eminentemente factible. Sin embargo, esto requeriría un ciclo de puesta a cero cada vez que se enciende, por lo que pregunto sobre la volatilidad.

Definitivamente he pensado en eso. Solo me preocupa tener un cinturón mecánico y equipo. ¿Alguna vez has hecho algo así y has tenido éxito? Parece que hay una tendencia a minimizar las partes móviles cuando se busca confiabilidad...
Nunca lo he usado como sensor, pero la técnica se usa comúnmente como un controlador para tablas xy, donde el codificador se reemplaza por un paso a paso. Parece funcionar bien. Y ciertamente no me preocuparía por la confiabilidad si todo lo que le preocupa son 30k ciclos. "Engranaje" no es la palabra precisa para ello: intente con la correa de distribución y la polea. Consulte, por ejemplo, bbman.com para conocer una amplia variedad de posibilidades.

Despellejar un gato... Pero en fin... 2 centavos

Codificadores: use engranajes (puede obtener conjuntos de engranajes de piñón y cremallera razonablemente baratos) PERO está limitado por la longitud de los bastidores

Absoluto vs Incremental: Ambos se pueden comprar a bajo precio (tengo algunos de China que son de 600 pulsos/revolución a $20) que, cuando se vinculan a los engranajes, son lo suficientemente precisos. Sugeriría que puede obtener incluso más barato y combinado con el engranaje será lo suficientemente preciso.

Idea chiflada (vamos, ingenieros reales): use un tubo de cobre y una conexión de cepillo, mida la resistencia con una resistencia de polarización, baja corriente / voltaje y ADC ...

Otra idea es tener agujeros en/debajo del eje a distancias conocidas que se pueden contar por medio de una combinación de LED + LDR...

Sé que este es un hilo antiguo y que el OP probablemente ya haya encontrado una solución o se haya dado por vencido, pero dejaré mi idea. Miré algo similar hace unos años. La conversión de calibres digitales era factible, pero los calibres absolutos y el rango de 40 cm serían costosos. Algunos de los calibradores más baratos dicen que son absolutos, pero no lo son, simplemente intentan recordar dónde están con un poco de memoria no volátil que no es lo mismo. Los engranajes y los engranajes de las correas tienen problemas de desgaste y necesitan mantenimiento, por lo que estaría pensando en la tecnología sin contacto. La capacitancia puede verse afectada por la humedad; la inducción puede funcionar pero necesita configurarse correctamente. Para mí esto deja un claro ganador de óptica. Para la resolución que desea, sería fácil configurar un código de grises impreso simple o una escala binaria y un conjunto de fotodiodos o transistores (preferir IR modulado para que no haya interferencia de la luz del día) para leerlo. Si no te importa derribar una PCB, creo que esta es tu mejor opción. Muy barato en comparación, posicionamiento absoluto, impermeable a la humedad o la temperatura. Tan confiable como sus diodos y cualquier micro en el que desee ejecutarlo, pero no encontrará nada más confiable siempre que el sistema de montaje no permita que el lector choque con la escala.