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1 Cap 8: SENSORI PER MISURE DI MOTO Per misure di moto intendiamo le misure di spostamenti, velocità ed accelerazioni di oggetti, di grandezze cinematiche sia lineari che angolari. Sensori di spostamento a contatto Potenziometri 1

2 2

3 Sensori di spostamento LVDT Sono sensori di spostamento lineare o angolare di tipo relativo, a contatto, come i potenziometri. Il principio su cui si basano è la legge di Faraday. 3

4 Per ottenere un segnale in uscita in tensione proporzionale allo spostamento del nucleo ferromagnetico è però necessario demodulare il segnale di uscita del trasformatore differenziale 4

5 Encoder 5

6 Nella versione per misure di spostamenti angolari l elemento sensibile è costituito da un disco, collegato mediante un alberino all oggetto di cui si vuole misurare la rotazione Segnale digitale di uscita di un encoder 6

7 Gli encoder sono largamente impiegati come trasduttori in sistemi robotizzati a causa della loro uscita direttamente in digitale, che non necessita di un convertitore A/D per interfacciarsi con un sistema di elaborazione e controllo a microprocessore. 7

8 Encoder magnetici Sono anche disponibili encoder magnetici, con passi tra poli N e S tipicamente di qualche mm, campi di misura da centimetri a metri, incertezze di poche decine di µm. Tali trasduttori sono illustrati in figura. Anche in tali sensori si impiega la tecnica del doppio segnale per determinare il verso, come con gli encoder ottici. Applicazioni tipiche si hanno per la misura del moto delle slitte di macchine utensili non di estrema precisione ma col vantaggio di poter operare anche immersi in acqua o in altri fluidi e di essere insensibili a polveri, lubrificanti e sporcizia. Ingressi invece di disturbo rilevanti per encoder ottici. Sensori di velocità La velocità è la derivata dello spostamento. Può essere misurata dal segnale di uscita di un encoder, determinandone la frequenza f, proporzionale alla velocità di rotazione o traslazione, e con un convertitore frequenza-tensione si può ottenere un segnale in uscita in tensione. 8

9 Le cariche elettriche q, attraversando il campo magnetico B, con velocità c y sono soggette alla forza di Lorentz Si innesca un fenomeno di addensamento delle cariche che termina quando l intensità della forza elettrica uguaglia quella magnetica, cioè quando F E = F B. 9

10 Accelerometri Si possono identificare sempre una rigidezza meccanica ed un effetto di smorzamento che collegano una massa interna al sensore al contenitore dello stesso, a cui è applicato l ingresso, cioè il movimento X i con l accelerazione da misurare, pari alla derivata seconda di X i. 10

11 Sismografo 11

12 Accelerometri piezoelettrici La funzione di convertire lo spostamento relativo tra massa sismica e base dell accelerometro è assolta da un cristallo piezoelettrico. Quest ultimo funge ovviamente anche da molla e smorzatore, con coefficienti di smorzamento tipici molto bassi e rigidezze molto elevate. Accelerometro piezoelettrico, schema base di accelerometri con il cristallo che lavora a compressione o a taglio 12

13 Accelerometri piezoresistivi Accelerometri capacitivi moto relativo tra la massa sismica e la base dell accelerometro fa variare la distanza tra le armaturedi un condensatore 13

14 Accelerometri ad azzeramento (servoaccelerometri) Sensori di movimento senza contatto sensori di prossimità Sensori di prossimità induttivi 14

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16 Sensori di prossimità capacitivi basano il loro principio di misura su variazioni di capacità di un condensatore. 16

17 Sensori di prossimità ad ultrasuoni Sfruttano il fenomeno delle riflessioni acustiche dalla superficie del misurando 17

18 Sensori di prossimità ottici a riflessione totale La luce generata da una sorgente che viene riflessa da una superficie può essere raccolta da un fotorilevatore in misura più o meno rilevante a seconda della distanza tra il fotorivelatore e la superficie. 18

19 Sensori ottici a triangolazione I sensori a triangolazione risolvono tale problema rilevando il punto in cui si forma l immagine di uno spot di luce laser proiettato sulla superficie dell oggetto 19

20 Sensori ottici confocali Un fascio luminoso policromatico in uscita da una fibra ottica viene focalizzato in punti divesi del campo di misura grazie elle proprietà cromatiche delle particolari ottiche impiegate. La superficie del misurando riflette indietro un determinato colore, quindi dalla lunghezza d onda della luce riflessa, raccolta dalla stessa fibra di andata, si risale alla posizione di tale superficie. 20

21 Sensori ottici ad effetto ombra In questi sensori un fascio di luce laser viene spostato da un prisma rotante e fatto incidere su un CCD lineare o focalizzato su un fotodiodo. Dall uscita di questi si misura lo spessore di un oggetto o il diametro di un elemento cilindrico. 21

22 Vibrometri laser Macchine di misura a coordinate 22