Sensori di posizione

Cosa sono i sensori di posizione?

I sensori di posizione misurano la posizione di una parte mobile detta target rispetto ad una parte fissa.

Particolarmente utilizzati sono i sensori di posizione senza contatto, in cui la parte fissa e la parte mobile non si toccano, garantendo migliore robustezza e durata meccanica del sensore.

Il futuro dei sensori di posizione è induttivo

I sensori di posizione induttivi (IPS) raziometrici basati sulla tecnologia dei circuiti stampati (PCB) sono una tecnologia emergente che si sta dimostrando vincente grazie alla sua economicità e alla maggiore resistenza ad ambienti ostili (alte temperature, presenza di polveri e liquidi, campi elettromagnetici esterni) rispetto ad altre tecnologie come i sensori ad effetto Hall, i sensori Giant Magneto Resistance (GMR), oppure gli encoder ottici.

Questo tipo di sensori sono dunque particolarmente adatti sia per l’elettrificazione del settore automotive, sia per l’automazione delle macchine industriali in accordo con le tematiche dell’industria 4.0. Dalla loro parte i sensori induttivi hanno anche un costo ridotto di ordini di grandezza rispetto ai sensori ottici e resolvers. Infine non richiedono magneti permanenti, il cui approvigionamento è necessariamente rivolto all’estremo oriente, generando possibili problematiche di supply chain nel contesto instabile in cui viviamo.

In cosa ci differenziamo

Grazie al know-how sviluppato in vent’anni di ricerca accademica abbiamo ideato nuove tipologie di sensori che sfruttano i campi elettromagnetici. A differenza dei sensori già in commercio ci distinguiamo per vari motivi.

Know-how sulla progettazione

Non rivendiamo sensori, li progettiamo e produciamo grazie al nostro know-how riconosciuto. Abbiamo depositato vari brevetti sulle tecnologie chiave: simulazione veloce, ottimizzazione automatica per la riduzione dell'errore, produzione di un digital twin on chip.
Dimensioni personalizzabili

Grazie ad una progettazione agile, abilitata da una piattaforma cloud SaaS chiamata IPSMagic totalmente realizzata in casa, possiamo realizzare dei prodotti tailor-made.
Produzione scalabile

Dai prototipi alla produzione su larga scala, il nostro processo di produzione flessibile può facilmente adattarsi alle vostre esigenze in evoluzione, aiutandovi a portare i prodotti sul mercato in modo più rapido ed economico.
Supporto e collaborazione a livello globale

Offriamo servizi di assistenza tecnica, formazione e consulenza dedicati in tutto il mondo. I nostri esperti lavorano a stretto contatto con il vostro team, promuovendo una partnership continua per assicurarvi di ottenere il massimo dalla nostra tecnologia in ogni fase del ciclo di vita del vostro prodotto.

Il tuo partner per le applicazioni di rilevamento della posizione

Proponiamo un servizio estremamente personalizzato che va dallo sviluppo dei prototipi fino alla produzione e industrializzazione per la fornitura di sensori OEM.

Inoltre, per chi necessitasse della realizzazione di molti design diversi, offriamo il software IPSMagic, un tool verticale per il progetto ed ottimizzazione automatica di sensori di posizione, basato su tre brevetti internazionali.

Un team di ingegneri elettronici, matematici e programmatori sviluppa l’intero sistema testandolo e validandolo nei nostri laboratori.

Come funzionano gli encoder induttivi

L'encoder induttivo è composto da due parti: la parte fissa e la parte mobile chiamata target. Entrambe possono essere realizzate in tecnologia PCB. Nella parte fissa è presente una bobina di trasmissione alimentata da un oscillatore con frequenza compresa tra 2 MHz e 5 MHz. Sono presenti anche due o più bobine riceventi, le cui tensioni induttive forniscono la posizione del bersaglio. Il bersaglio, realizzato in PCB o in conduttore massiccio, produce una perturbazione del campo magnetico grazie alla sua schermatura. Per questo motivo il bersaglio deve essere realizzato in materiale conduttivo, ma non necessariamente magnetico. L'oscillatore e la lettura delle tensioni della bobina ricevente sono solitamente eseguiti con un chip ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Dove si usano i sensori di posizione

Questi sensori sono presenti nella maggior parte dei prodotti sia industriali sia quelli rivolti al mercato consumer. I sensori che misurano un movimento rotativo le applicazioni spaziano dal settore automotive (gestione del powertrain nelle macchine elettriche, dei pedali dell’acceleratore e del freno, della posizione del tergicristallo, ecc) fino agli elettrodomestici (controllo del motore elettrico, manopole per la selezione dei programmi, ecc), passando per l’automazione nei settori medicale, industriale, navale e aerospaziale (automazione, robotica, ecc).

Per quanto riguarda i sensori che misurano un movimento lineare, le applicazioni vanno dai sensori di livello (ad esempio il livello del carburante in una automobile) al posizionamento in un asse di movimentazione lineare in un sistema robotico (ad esempio una fresatrice a controllo numerico).

I settori coinvolti

Senza cuscinetti, senza involucro

Il sensore viene fornito senza involucro o cuscinetto, in modo da poter essere integrato più facilmente nei prodotti dei clienti. Per molte applicazioni, in cui l'installazione avviene all'interno dell'involucro di altri prodotti, evitare l'involucro dell'encoder significa ridurre i costi e lo spazio.Nell'immagine si possono vedere le due versioni possibili:

Sensore classico con cuscinetti (cuscinetto lineare a sfere per i sensori lineari) e custodia IP67.
Sensori nudi composti da due PCB.

Flessibilità di posizionamento

I sensori che misurano un movimento rotativo si possono posizionare in tre modi differenti:

end-of-shaft, cioè il target è posizionato in testa all’albero;
through-shaft, cioè il target e la parte fissa sono attraversate dall’albero;
side-shaft, cioè la parte fissa è un sensore ad arco.

Flessibilità sensore assoluto o incrementale

Un sensore di posizione assoluto riesce a determinare la posizione del target rispetto ad una posizione di riferimento.

Al contrario, un sensore di posizione incrementale è in grado di misurare la variazione della posizione del target. Il vantaggio dei sensori incrementali è l’aumento della risoluzione e dell’accuratezza del sensore. Lo svantaggio è l’impossibilità di rilevare la posizione assoluta del target.

Un'altra possibilità è quella di costruire due sensori, uno assoluto per la determinazione della posizione assoluta e uno incrementale per migliorare la precisione.

Nella foto:

Sensore assoluto
Una coppia di sensore assoluto ed incrementale per le migliori prestazioni.

Flessibilità su target

È particolarmente conveniente realizzare il target realizzato con tecnologia PCB sia per il basso costo sia per la compattezza. Però il target può essere realizzato con qualsiasi materiale conduttore come rame o alluminio.

Si possono anche utilizzare materiali ferromagnetici come ferro e acciaio, che però risentono maggiormente di campi magneti statici esterni e variazioni di temperatura. L’albero stesso può fungere da target se la sua estremità è opportunamente lavorata.

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