Датчики для часового/жидкостного робота?

«Справочник по жидкостным датчикам» содержит список жидкостных датчиков, которые были коммерчески доступны, и их возможности.

Расход жидкости и давление. Датчик Пито является простым примером того, как можно измерить скорость потока жидкости.

Звук. Для флюидики вы можете более или менее непосредственно ощущать поток жидкости и звук. Все, что вам нужно для микрофона, это акустический рупор для сбора звука. Жидкостные контуры на основе усилителей отклонения струи в основном работают на акустических сигналах. Хотя с традиционными жидкостными контурами сложно работать на ультразвуковых частотах. Некоторые струи жидкости проявляют чувствительность к ультразвуку, и были разработаны гидравлические переключатели с ультразвуковым управлением. Было предложено использовать такие устройства для изготовления игрушек с дистанционным управлением ультразвуком . Хотя производительность этого типа ультразвукового жидкостного переключателя немного сомнительна для этого применения на практике.

Близость/расстояние Хотя работать на ультразвуковых частотах с жидкостными системами сложно, жидкостные датчики приближения, основанные на использовании ультразвука для преобразования струи жидкости в турбулентную, используются в коммерческих целях. Более подробную информацию см. на стр. 109 руководства. Хотя приведенный выше датчик обеспечивает только логический ответ. Существуют также жидкостные устройства, которые могут модулировать и демодулировать ультразвук., а это означает, что вы потенциально можете сделать работающий сонар-дальномер, несмотря на отсутствие переключающих элементов, работающих на ультразвуковых частотах. Хотя это никогда не делалось раньше, и для этого, возможно, придется раздвинуть границы возможного с помощью флюидики. Это может стать более практичным, если мы будем запускать жидкостные устройства на газах с низкой плотностью, таких как водород и гелий, которые имеют более высокие скорости звука и, таким образом, могут обеспечивать более высокие рабочие частоты. Вы также можете измерять короткие расстояния, измеряя обратный поток от струи и другие гидродинамические эффекты, см. стр. 19 и 57 из руководства выше.

Сенсорные датчики/концевые выключатели Один из способов сделать простой сенсорный сенсорный датчик — сделать что-то, что открывает клапан или отверстие при ударе. В приведенном выше справочнике есть множество примеров этого. Другой способ - иметь открытое отверстие, из которого мы выдуваем воздух, с другим каналом, ведущим обратно к схеме, которой мы хотим управлять. Когда отверстия открыты, выход равен нулю, когда отверстие закрыто, воздух перенаправляется в канал. Этот тип устройства обычно называется реле обратного давления и показан ниже.

Этот же метод можно использовать и для измерения короткого расстояния, глядя на обратное давление.

Энкодеры вращения Можно сделать простой аналог оптического энкодера, используя струю жидкости вместо луча света. Можно также использовать канал, ширина которого изменяется так, что гидравлическое сопротивление изменяется при вращении, что позволяет создавать аналоговые абсолютные энкодеры.

Тензорезисторы/датчики силы Один из способов изготовления тензометров состоит в том, чтобы иметь трубу со спиральным каналом, вроде пружины, и помещать в канал резиновую трубку. Сжатие трубы сжимает трубку и увеличивает сопротивление потоку жидкости.

Датчики температуры Когда жидкости нагреваются, их вязкость, плотность и скорость звука могут измениться, что мы можем почувствовать с помощью жидкостных контуров. Жидкостные капиллярные пирометры, которые измеряют температуру, используя тот факт, что газы становятся менее вязкими при более высоких температурах, что снижает сопротивление капиллярной трубки, использовались для измерения температуры расплавленной стали. Другой способ измерения температуры состоит в том, чтобы воспользоваться тем фактом, что тон флюидного осциллятора будет изменяться по мере изменения температуры из-за изменения скорости звука.

Химический состав Вязкость жидкости, плотность и скорость звука также могут меняться в зависимости от состава. Простым примером этого является то, что мы можем ощущать количество гелия/водорода в воздухе с помощью осциллятора. Чем выше тон, тем больше гелия/водорода в воздухе. Fluidics также использовалась для создания неэлектрического газового хроматографа.

Акселерометры/гироскопы Были созданы чисто жидкостные гироскопы. Вращение может вызвать завихрение жидкости и образование вихря, увеличивающего гидравлическое сопротивление.

Они использовались в автопилоте самолета , а также для стабилизации ракет и ракет. Можно также воспользоваться тем фактом, что струя жидкости будет отклоняться из-за вращения или ускорения (см. стр. 7). Они использовались для создания жидкостных систем стабилизации танковых пушек. Также интересно отметить, что первая автомобильная навигационная система была основана на этом принципе , хотя струя ощущалась электрически через анемометры с нагретой проволокой.

Магнитные поля Большинство флюидных усилителей основаны на отклонении струи между портами с использованием перпендикулярных потоков жидкости. Вместо перпендикулярного потока жидкости мы можем поместить магнит на гибкий стержень в струе, так что при наличии магнитного поля изгиб луча будет отклонять струю.

Свет Свет труднее всего почувствовать. В общем, трудно преобразовать свет в механические сигналы, поскольку энергия, которую несет свет, имеет тенденцию быть низкой. Если конечно свет яркий. Были созданы жидкостные солнечные датчики, в которых мы используем линзу, чтобы сфокусировать солнечный свет на двух изогнутых трубах, окрашенных в черный цвет. Поскольку вязкость жидкости уменьшается с температурой, мы можем посмотреть на разницу в сопротивлении между двумя трубами, чтобы выяснить, где находится солнце. С использованием этого подхода была продемонстрирована одноосная жидкостная система управления ориентацией , способная отслеживать солнце, предназначенная для солнечного зонда. Аналогичный подход был предложен для создания снарядов, запускаемых из рельсотрона с ИК-наведением..(Fluidics может противостоять огромному ЭМИ). Другое средство, позволяющее ощущать свет, — это использование фотоакустического эффекта. Если свет мигает очень быстро, это заставит воздушную полость расширяться и сжиматься, издавая звук. Хотя этот звук может быть очень мелким, мы можем использовать гидродинамические усилители, чтобы усилить его во что-то, с чем мы сможем работать. Упомянутый выше неэлектрический газовый хроматограф был способен усиливать фотоакустический сигнал от светодиода мощностью 1 мВт в сигнал пневматического управления. Продолжая тенденцию абсолютно сумасшедших применений гидродинамики для SDI, жидкостной системы управления перехватчиком межконтинентальных баллистических ракет.было продемонстрировано, что для управления отклоняющими струями использовался лазер. Один из предложенных способов восприятия света с помощью флюидики сомнительной практичности, но потенциально более высокой чувствительности, чем тепловые подходы, использованные выше, заключается в использовании химической реакции, которая запускается фотохимически . Например, у нас есть непрерывный поток водорода и хлора, направленный в камеру, при воздействии достаточно яркого ультрафиолетового или синего света водород и хлор будут реагировать взрывоопасно. Затем мы можем почувствовать давление и поток взрыва. Возможно, можно использовать полоску светочувствительного взрывчатого вещества. Короче говоря, будет трудно ощутить что-либо, кроме яркого света.

Осязание, слух, равновесие и зрение, если у вас есть химия.

Для слуха мы уже используем в основном жидкостную систему. Вибрирующая мембрана преобразует вибрирующий воздух в жидкость, которая затем вызывает вибрацию волосков. Если бы эти волоски были прикреплены к микропневматике (а не к электрохимическим рецепторам), они могли бы передавать сигнал на пневматический ЦП (мозг).

Баланс работает очень похоже: жидкость посылает сигналы, когда она вызывает определенные точки, попадая во внутреннее ухо.

Прикосновение могло работать, имея гибкий внешний слой «кожи» (резина, пластик, что угодно). Он толкает группу из десяти тысяч крошечных поршней, которые посылают сигналы давления по жидкостным каналам в ЦП.

Зрение действительно непростое. Но в человеческом глазу фотон на самом деле меняет форму молекулы в палочке или колбочке в задней части глаза, подобно крошечной шестеренке, вращающейся внутри него. Возможно, вы могли бы использовать химическое вещество, которое расширяется или сжимается в достаточной степени под воздействием света, чтобы воздействовать на жидкие каналы. Я признаю, что это последнее превосходит мои знания в области химии.

Технология создания этих датчиков используется сегодня и используется в повседневных потребительских товарах от струйных принтеров до сотовых телефонов.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — это микросхемы, произведенные с использованием того же масштаба литографических процессов, которые использовались в интегральных схемах 1970-х годов.

МЭМС-датчик давления

Они могут легко измерять температуру, давление, расход жидкости, обнаруживать пузырьки при обнаружении гидравлической жидкости, творчески используя наблюдаемые параметры гидродинамики, используя емкостные и резистивные измерители MEMS в сочетании с очень стандартными аналого-цифровыми преобразователями и немного математики. Эти сигналы могут быть преобразованы обратно в аналоговые уровни с помощью стандартных цифро-аналоговых преобразователей, которые затем могут быть преобразованы в уровни давления или колебания давления с помощью электромеханических преобразователей.

Если требуется полностью механический датчик, то базовая конструкция МЭМС по-прежнему будет работать, и нужно будет изменить только механизм отбора проб. Например, в датчике давления MEMS, показанном ниже. Диафрагма должна быть соединена с механическим толкателем, движение которого усиливается стандартными средствами с использованием комбинаций рычагов или зубчатых передач. Датчики будут не больше рисового зернышка, но механический сигнальный механизм будет крупнее.

Преимущество решений на основе MEMS заключается в том, что кремний в этом масштабе, размером в несколько микрон, прочнее стали, поэтому датчики очень надежны.

Размер механических усилителей будет определяться количеством необходимого усиления и доступными материалами.