幾種常用位移傳感器的基礎(chǔ)知識

前言

現(xiàn)實電子科學(xué)中，傳感器常被用來探測、感知外界的信號、物理條件與化學(xué)組成等，根據(jù)不同的用途有不同的傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等等。之前面我們介紹了與壓力傳感器有關(guān)的知識，下面就讓我們簡單的了解一下什么是位移傳感器，常用的位移傳感器有哪些?

位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，位移傳感器超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器等。小編通過搜集整理資料對幾種常用位移傳感器的概念、原理、應(yīng)用等基礎(chǔ)知識作了歸納總結(jié)（位移傳感器原理）。

電感式位移傳感器

電感式位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。

導(dǎo)電塑料位移傳感器

用特殊工藝將DAP(鄰苯二甲酸二稀丙脂)電阻漿料覆在絕緣機體上，加熱聚合成電阻膜，或?qū)AP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內(nèi)形成的實心體作為電阻體。特點是：平滑性好、分辯力優(yōu)異耐磨性好、壽命長、動噪聲小、可靠性極高、耐化學(xué)腐蝕。用于宇宙裝置、導(dǎo)彈、飛機雷達天線的伺服系統(tǒng)等。

繞線位移傳感器

繞線位移傳感器:是將康銅絲或鎳鉻合金絲作為電阻體，并把它繞在絕緣骨架上制成。繞線電位器特點是接觸電 阻小，精度高，溫度系數(shù)小，其缺點是分辨力差，阻值偏低，高頻特性差。主要用作分壓器、變阻器、儀器中調(diào)零和工作點等。

數(shù)字激光位移傳感器

激光位移傳感器可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要應(yīng)用于檢測物的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量。

按照測量原理,激光位移傳感器原理分為激光三角測量法和激光回波分析法,激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測量。

1、 激光三角測量法原理(如下圖所示)：

激光三角測量法原理圖

半導(dǎo)體激光器①被鏡片②聚焦到被測物體⑥。反射光被鏡片③收集，投射到CMOS陣列④上;信號處理器⑤通過三角函數(shù)計算陣列④上的光點位置得到距物體的距離。

激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離。同時，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨立設(shè)置檢測窗口。

真尚有擁有業(yè)界最為齊全的高精度激光三角測量傳感器，最高精度可以達到1um，為高精度測量檢測及測厚提供全面的解決方案。

2、激光位移傳感器采用回波分析原理來測量距離以達到一定程度的精度。傳感器內(nèi)部是由處理器單元、回波處理單元、激光發(fā)射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發(fā)射器每秒發(fā)射一百萬個激光脈沖到檢測物并返回至接收器，處理器計算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結(jié)果進行的平均輸出。激光回波分析法適合于長距離檢測，但測量精度相對于激光三角測量法要低。真尚有擁有的激光測距傳感器，最遠(yuǎn)檢測距離可達3000m。

金屬玻璃鈾位移傳感器

用絲網(wǎng)印刷法按照一定圖形，將金屬玻璃鈾電阻漿料涂覆在陶瓷基體上，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。特點是：阻值范圍寬，耐熱性好，過載能力強，耐潮，耐磨等都很好，

是很有前途的電位器品種，缺點是接觸電阻和電流噪聲大。

金屬膜位移傳感器

金屬膜電位器的電阻體可由合金膜、金屬氧化膜、金屬箔等分別組成。特點是分辨力高、耐高溫、溫度系數(shù)小、動噪聲小、平滑性好。

磁敏式位移傳感器

消除了機械接觸，壽命長、可靠性高，缺點：對工作環(huán)境要求較高.

光電式位移傳感器:

消除了機械接觸，壽命長、可靠性高，缺點：數(shù)字信號輸出,處理煩瑣.

磁致伸縮式位移傳感器

(1)磁致伸縮式位移傳感器概念

磁致伸縮位移(液位)傳感器，通過內(nèi)部非接觸式的測控技術(shù)精確地檢測活動磁環(huán)的絕對位置來測量被檢測產(chǎn)品的實際位移值的;該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應(yīng)用于成千上萬的實際案例中。

由于作為確定位置的活動磁環(huán)和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應(yīng)用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊憽４送?，傳感器采用了高科技材料和先進的電子處理技術(shù)，因而它能應(yīng)用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號為絕對位移值，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會丟失，更無須重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復(fù)檢測，也不會對傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測的可靠性和使用壽命。

(2)磁致伸縮式位移傳感器工作原理

磁致伸縮位移(液位)傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號來準(zhǔn)確地測量位置的。測量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個圓周磁場，當(dāng)該磁場和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動磁環(huán)產(chǎn)生的磁場相交時，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會產(chǎn)生一個應(yīng)變機械波脈沖信號，這個應(yīng)變機械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測到。

由于這個應(yīng)變機械波脈沖信號在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時間和活動磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測量時間，就可以高度精確地確定這個距離。由于輸出信號是一個真正的絕對值,而不是比例的或放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,更無需定期重標(biāo)。

總結(jié)

在實際應(yīng)用中，位移傳感器常被用作測量物體位置位移等的變化。本文簡單介紹了幾種電感式位移傳感器、導(dǎo)電塑料位移傳感器、繞線位移傳感器、數(shù)字激光位移傳感器、金屬玻璃鈾位移傳感器、金屬膜位移傳感器、磁致伸縮式位移傳感器等相關(guān)基礎(chǔ)知識。