Induktiivinen lineaarianturi

Abstract

Insinöörityön tarkoituksena oli kehittää prototyyppi lineaarisesti paikkaa mittaavasta induktiivisesta anturista. Tavoitteena oli käyttää projektin aikana suunniteltua ja kehitettyä prototyyppiä induktiivisen mittaamisen implementaation käytännöllisyyden tarkasteluun. Työssä keskitytään yhden induktiivisen mittaustekniikan toteutukseen, jossa hyödynnetään hyvin paljon nykypäivänä helposti saatavia piirilevyjen valmistuspalveluita.

Pääsääntöisesti projektissa kehitettävän induktiivisen anturin kehitysmenetelmänä käytetään kokeellista kehitystapaa. Valittu kehitystapa on perusteltavissa nykyaikana helposti saatavilla olevilla halvoilla prototyypityspalveluilla. Prototyyppi suunnitellaan hyödyntämään piirilevyjen valmistusteknologiaa sekä prosessoivassa osassa että itse antureissa. Projektiin valittu valmistustekniikka mahdollistaa halvat ja mittatarkat prototyypi, sekä myös massavalmistuksen.

Päätarkoituksena prototyypille oli selvittää, voidaanko yksinkertaisessa ja halvassa piirilevyjä hyödyntävässä mittausjärjestelmässä saada aikaiseksi tarpeeksi suuri keskinäisinduktanssi mitattavan kiskon ja sitä mitttaavan anturin välille. Mikäli suuri keskinäisinduktanssi saavutetaan, indusoituu mitattavasta kiskosta antureihin jännite, jonka perusteella voidaan selvittää anturin positiosuhteessa.

Projektissa suoritettujen testausten perusteella suunnitellun kiskojärjestelmän ja anturijärjestelmän välille ei synny suurta keskinäisinduktanssia. Prototyypin 11 voltin 3 ampeerin pulssitetulla viralla muodustuva sähkömagneettinen kenttä ei muodostanut antureihin mitattavaa jännitettä. Prototyypin todistettiin muuten toimivan sähköisesti täysin suunnitellulla tavalla, täyttäen kaikki sille asetetut vaatimukset.

Johtopäätöksenä esitetään, että projektissa toteutettu induktiivinen mittaus ei ole mahdollinen valitulla toteutustavalla. Lisäämällä testilaitteistoon esivahvistus anturien mittasignaaleille olisi mahdollista saada parannettua signaalin voimakkuutta. Projektin johtopäätöksissä kuitenkin huomautetaan yksinkertaisemmista ja helpommin toteutettavissa olevista mittaustavoista, jotka sopivat eritoten harrastelijoiden vaatimuksiin.

The purpose of this engineering thesis was to develop a prototype of inductive linear position sensor. Main goal was to use the prototype designed and developed during this project to gauge the functionality of the chosen implementation of inductive measurement. This project mainly focused on developing the prototype for one specific implementation of inductive measurement, which is designed to utilize the printed circuit board manufacturing and prototyping industry.

Primarily this project used experimental methods for prototype development and testing the feasibility of prototypes. The chosen method of development can be justified with the availability and low pricing of modern manufacturing methods. The prototype was to be designed around printed circuit board manufacturing both in the processing unit and the sensors. The manufacturing method chosen for this project enables low priced, precise prototypes and also cheap mass manufacturing.

The main point of the prototype was to evaluate whether a large enough mutual inductance can be achieved between a track and a sensor element. Induced voltages in multiple sensors could then be used to resolve the position of the sensor relative to the track.

Based on the carried out tests, the mutual inductance between the track and a sensor element will stay close to nil. The prototype unit used maximum of 11 volts and 3 amperes of pulsed electricity to generate electromagnetic field around the track, but no induced voltage could be read by the prototype unit. The prototype unit was deemed electrically functional and it fulfilled all the functional requirements.

Work done on this project conclusively shows that the chosen implementation inductive position measurement is not feasible. Author proposes using amplification for each sensor element in future testing, but notes that other simpler and easier implementation methods for position measurement exist.