Snímače polohy a posunutí s vysokým rozlišením

Snímače polohy a posunutí s vysokým rozlišením jsou převodníky určené pro přesná měření posunutí, pomalých vibrací, polohování a deformace s rozlišením dosahujícím v nejmodernějších systémech nanometrů. Použité technologie zahrnují kapacitní, indukční (vířivé proudy), magnetostrikční, interferometrické a konfokální optické senzory. Používají se v laboratorní metrologii, přesných strojích, výrobě polovodičů, optice, mikroskopii a výzkumu a vývoji materiálů, kde je vyžadována citlivost měření nedosažitelná se standardními průmyslovými senzory.

Kapacitní senzory

Kapacitní senzory měří změnu kapacity mezi snímací elektrodou a vodivým cílem. Mají nanometrové rozlišení, šířku pásma až 100 kHz a typický rozsah 50–500 µm. Používají se pro vysoce přesná bezkontaktní měření na vodivých površích, například ve vysoce přesných nástrojích, polovodičích a metrologických referencích. Vyžadují čisté prostředí (citlivé na prach, vlhkost a kontaminaci).

Senzory vířivých proudů

Senzory vířivých proudů generují pomocí cívky vysokofrekvenční magnetické pole; toto pole indukuje v kovovém cíli vířivé proudy, které působí proti původnímu poli změnou impedance cívky. Měření impedance umožňuje měření vzdálenosti. Výhody: necitlivost na kontaminaci (olej, voda, prach), provoz v extrémních prostředích (vysoké teploty, vakuum), typický rozsah 0,4–80 mm s rozlišením 0,01–0,1 µm.

Další technologie

Magnetostrikční senzory využívají Wiedemannova jevu na feromagnetické tyči: proudový impuls generuje mechanickou vlnu, která po zachycení pohybujícím se magnetem vytváří signál absolutní polohy. Dosah až několik metrů, opakovatelnost v rozsahu µm. Interferometrické senzory využívají optickou interferenci pro měření v subnanometrových číslech na omezené vzdálenosti. Chromatické konfokální senzory využívají chromatickou disperzi k měření vzdálenosti a tloušťky průhledných materiálů.

aplikace

Mezi typické aplikace patří přesná kontrola nástrojů a vřeten, vysoce přesné měření házivosti, monitorování pomalých vibrací ve strojích, rozměrová měření mikromechanických součástí, výzkum a vývoj v oblasti optiky a fotoniky, nanotechnologické procesy, kalibrace dalších přístrojů, prediktivní údržba ložisek a měření polovodičových součástek. Požadavky na prostředí (řízená teplota, stínění EMI, nízké vibrace) jsou často přísné.

Kritéria výběru

Volba technologie závisí na rozsahu měření, požadovaném rozlišení, požadované šířce pásma, povaze cíle (vodivý, izolační, feromagnetický, transparentní), provozním prostředí (teplota, kontaminace, vakuum) a dostupnosti čistého a rovnoběžného povrchu. Pro nanometrologické aplikace se obecně doporučuje technické poradenství, aby se zajistila správná integrace senzoru a soulad s deklarovanými specifikacemi v celém měřicím řetězci.

Integrace těchto senzorů do vysokorychlostních digitálních měřicích řetězců umožňuje in-line metrologii, dynamickou kontrolu rozměrů a pokročilé diagnostické aplikace, kde kombinace vysokého rozlišení a široké šířky pásma umožňuje detekci přechodných jevů, které jsou pro konvenční přístroje obvykle neviditelné.

Průmysl polovodičů, mikroelektroniky a nanotechnologií tyto senzory hojně využívá pro kvalifikaci součástek, řízení procesu nanášení a ověřování rozměrových tolerancí v zařízeních MEMS, kde rozměrové specifikace dosahují úrovní, které vyžadují velmi výkonné kvalifikační přístroje.

Kalibrace těchto senzorů vyžaduje kontrolované prostředí (teplotně stabilizované místnosti, izolaci vibrací, elektromagnetické stínění) a použití primárních referencí, jako jsou metrologické laserové interferometry certifikované podle kalibračních postupů ISO 17025 akreditovanými laboratořemi pro vysoce přesnou rozměrovou metrologii.