חיישן מיקום הוא כל מכשיר המשמש למדידת המרחק שעבר גוף החל ממיקום הייחוס שלו. הוא מודד מיקום לינארי או זוויתי בהתייחס לנקודה קבועה או להתייחסות שרירותית. החיישן יכול לשמש גם לאיתור נוכחות או היעדרות של אובייקט.
אם מידע המיקום או הקרבה משולב עם מדידות זמן, ניתן לחשב מהירות, מהירות ותאוצה לצורך בקרת תנועה.
סוגי חיישני מיקום
חיישני מיקום משתמשים בעקרונות חישה שונים כדי לחוש תזוזה של גוף. בהתאם לעקרונות החישה השונים המשמשים לחיישני מיקום, ניתן לסווג אותם כדלקמן:
חיישן מיקום פוטנציומטרי
חיישן מיקום פוטנציומטרי מופעל על בסיס העיקרון של אפקט התנגדות. מסלול התנגדות פועל כאלמנט חישה, ומגב מחובר לגוף או לחלק מהגוף שאת עקירתו יש למדוד. המגב נמצא גם במגע עם המסלול.
תנועת המגב משנה את ההתנגדות בין קצה מסילה אחד למגב. לכן ההתנגדות הופכת לפונקציה של מיקום המגב, והשינוי בהתנגדות ליחידת שינוי במצב המגב הוא ליניארי.
המסלול המוליך יכול להיעשות ליניארי או זוויתי בהתאם לדרישות. המסלולים עשויים מפחמן, מחוט התנגדות או מחומר פיזורסיסטיבי (piezoresistive). היתרון העיקרי של חיישן זה הוא קלות השימוש בו.
חיישן למיקום קיבולי
חיישני מיקום קיבוליים מופעלים בשתי התצורות הבאות:
- על ידי שינוי קבוע דיאלקטרי – בתצורה זו, גוף שתתבצע בו מדידת עקירה מחובר לחומר הדיאלקטרי שבין הלוחות. הקבוע הדיאלקטרי היעיל בין הלוחות במהלך התנועה של
הגוף הוא התוצאה של הקבוע הדיאלקטרי עקב אוויר וחומרים דיאלקטריים.
- על ידי שינוי שטח חופף – בתצורה זו, גוף מחובר לאחת הלוחות, והלוח השני נשאר קבוע. האזור החופף בין הלוחות משתנה עם תנועת הגוף, והאזור החופף המשתנה מביא לשינוי הקיבול בין הלוחות.
חיישן למיקום קיבולי
חיישן מיקום מגנטסטרקטיבי מורכב בעיקר מרכיבים כגון מגנט מיקום, חיישן מיקום מגנטסטרקטיבי (Magnetostriction) המודד את המרחק בין קצה הראש של מוט חישה למגנט המיקום, מודול אלקטרוניקה ומוביל גל.
דופק זרם מועבר במורד גל הגל ממודול האלקטרוניקה. השדה המגנטי שנוצר על ידי הזרם הנוכחי מקיים אינטראקציה עם השדה המגנטי המגיע ממגנט המיקום ובכך יוצר גל קולי או גל מתח פיתולי במנחה הגל.
גל המתח נע לכיוון קצה הראש בו מכשיר האיסוף החש את הגעתו. הפרש הזמן בין יצירת פעימת החקירה לבואו של גל המתח מציין את מיקומו של מגנט המיקום.
אדי – חיישן מיקום מבוסס זרם
כאשר מאתחלים זרם חילופין על הסליל, נגרם שדה מגנטי ראשוני המוביל ליצירת זרמי מערבולת בחומר המוליך החשמלי. זרמי אדי, בתורם, גורמים לשדה משני בעל השפעת עכבת סליל.
הימצאותו או היעדרו של החומר המוליך משנה את השדה המשני ואת עכבת הסליל. ניתן להשתמש בשינויים בעכבת הסליל למדידת מרחק הגוף המוליך החשמלי.
חיישני מיקום מגנטיים מבוססי אפקט הול
בחיישני מיקום של Hall-effect, חלק נע מקושר למגנט השוכן עם פיר חיישן ובכך יוצר אלמנט הול. עם תנועת הגוף או חלקו גם המגנט נע והוא זה שמוביל להיווצרות שדה מגנטי ומכאן מתח הול. בכך הופך מתח הול לפונקציה של מיקום החלק הנע.
חיישן מיקום אופטי
חיישנים אופטיים מופעלים על בסיס אחד משני המנגנונים. בסוג הראשון, האור מועבר מקצה אחד ומתקבל בקצה השני כדי לפקח על השינוי באחד המאפיינים כמו למשל אורך גל, עוצמה, שלב או קיטוב. בסוג השני, האור המועבר מוחזר מהאובייקט ומתאפשר מעקב אחר האור המוחזר לעבר המקור.
יישומים
חלק מהיישומים העיקריים של חיישני מיקום כוללים:
מכונות אריזה לציוד רפואי מכונות הזרקה ליציקה
רכבות סופר מהירות שנוטלות עקומות סיבוב באמצעות נהיגה בקרונות כבל (Drivebywire cars)
מערכות מטוסי טיסה בעזרת כבל (Fly-by-wire)