位移传感器工作原理及应用

什么是位移传感器

位移传感器，也称为线性传感器，将位移转换成电荷。位移传感器是一种线性器件，属于金属感应。传感器的功能是将各种测量到的物理量转换成电能。它可以分为感应式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波位移传感器和霍尔位移传感器。

位移传感器的工作原理

1. 电位计式位移传感器

主电位器式位移传感器将机械位移转换成与电位器元件线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通线性电位计和圆形电位计可分别作为线性位移传感器和角位移传感器使用。然而，为测量位移而设计的电位计要求位移变化与电阻变化之间有一定的关系。电位器式位移传感器的活动电刷与被测对象连接。物体的位移引起电位计动端电阻的变化。阻力值的变化反映了位移的大小，而阻力值的增减则反映了位移的方向。

电压通常应用于电位器，将电阻的变化转化为电压输出。线绕电位器的电阻在电刷运动时随转动电阻的变化而变化，其输出特性也呈阶梯状。在伺服系统中，位移传感器作为位移反馈元件，当步进电压过大时，系统会发生振荡。因此，在电位计的生产过程中，应尽量降低每一匝的阻值。电位计传感器的另一个主要缺点是容易磨损。其优点是:结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。

2. 磁致伸缩位移传感器原理

它主要利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场的交点产生应变脉冲信号来精确测量位置。因为在上一篇文章中，picard中国小系列已经介绍了磁致伸缩位移传感器的原理，这里就不再赘述了。

位移传感器的分类

位移传感器根据运动方式的不同可分为以下两类:

1. 线性位移传感器

线性位移传感器的作用是将线性机械位移转换为电信号。为了达到这种效果，通常在传感器的固定部分放置可变电阻滑轨，通过滑轨上滑板的位移来测量不同的电阻值。传感器滑轨连接到稳定的直流电压，允许小电流通过微安培。滑块与开始端之间的电压与滑块运动的长度成正比。由于温度变化引起的电阻变化不会影响测量结果，因此将传感器作为分压器可以将对滑轨总电阻精度的要求降低。

2. 角度位移传感器

角度位移传感器用于障碍物处理:使用角度传感器来控制你的车轮间接检测障碍物。

原理很简单:如果电机角度传感器是为运行而设计的，而齿轮不转动，你的机器就会被障碍物挡住。这种方法使用非常简单，非常有效;唯一的要求是，移动的轮子不能在地板上滑动(或旋转太多)，否则你将无法探测到障碍物。这个问题可以通过安装在电机上的一个空转齿轮来避免，这个空转齿轮不是由电机驱动的，而是由设备的运动驱动的:如果空转齿轮在驱动轮旋转时停止转动，你就碰到了障碍物。

位移传感器根据材料的不同可以分为以下两种方式:

1. 霍尔位移传感器

它的测量方法是保持霍尔元件(见半导体磁传感器)的励磁电流恒定，并在均匀梯度磁场中移动它，磁场的位移与输出霍尔电位成正比。磁梯度越高，灵敏度越高。梯度变化越均匀，霍尔势与位移的关系越线性。

2. 光电位移传感器

它根据物体被阻挡的光通量来测量物体的位移或几何尺寸。特点是无接触测量和连续测量。在带钢边缘位置控制系统中，光电位移传感器常用于线材直径或边缘位置传感器的连续测量。

位移传感器的一般特性

1. 绕组位移传感器

它是由康斯坦丁丝或镍铬丝作为电阻体，缠绕在绝缘骨架上。绕组电位计具有接触电阻小、精度高、温度系数小等特点，其缺点是分辨率差、电阻低、高频特性差。主要用于仪表分压器、变阻器、零点调节和工作点。

2. 将CDAP(邻苯二甲酸二丙酯)电阻膏体经特殊工艺覆盖在绝缘体上，然后加热聚合成电阻膜，或采用绝缘基体槽内DAP电阻粉末热塑性热压成型的固体体作为电阻体。特点:光洁度好，分辨率高，耐磨性好，使用寿命长，移动噪音低，可靠性高，耐化学腐蚀。空间设备、导弹、飞机雷达天线等伺服系统。

3.金属玻璃铀位移传感器

采用丝网印刷技术，在陶瓷基板上涂敷金属玻璃耐铀膏，并进行高温烧结。特点是:阻值范围广，耐热性好，过载能力强，耐磨、耐磨等很好，是很有前途的电位器品种，缺点是接触电阻和电流噪声大。

4. 金属膜位移传感器

金属膜电位器的电阻器本体可由合金膜、金属氧化物膜、金属箔等组成。具有分辨率高、耐高温、温度系数小、运动噪声小、光滑度好等特点。

5. 光电位移传感器

消除机械接触，寿命长，可靠性高，缺点:数字信号输出，处理繁琐。

位移传感器的应用

由于位移传感器的应用领域非常广泛，小编从以下几个位移传感器上进行了介绍。

1. 激光位移传感器的应用

激光传感器常用于测量物体的长度、距离、振动、速度和方位角等物理量，也可用于大气污染物的探伤和监测。

2. 角度位移传感器的应用

系列角度,角度传感器,距离传感器、加速度传感器、数字罗盘方位的测量、电子罗盘和陀螺仪的应用已广泛应用于石油、煤炭、钢铁、船舶、隧道、医疗设备、大坝,机械、地球物理勘查设备、地质、岩土工程、石油、采矿、管道、导管、铁路、港口、水利、高层建筑等行业。角传感器的典型应用:滑坡、雪崩、水坝、建筑物、桥梁、玩具、报警器、交通行业:起重机、起重机、倾侧补偿称重系统、沥青机械、摊铺机等。

列车:高速列车转向架和客车倾斜测量。

船舶数量:纵倾控制，油轮控制，天线位置控制。

钻井:精确的钻井倾斜度控制。

机械:倾斜控制，大型机械对中控制，弯曲控制，起重机

军用:火炮和雷达调整，初始位置控制，导航系统，军用着陆平台控制。

3.磁致伸缩位移传感器的应用

磁致伸缩位移传感器广泛应用于石油、化工、制药、食品、饮料等行业，对各种液体罐的液位进行测量和控制。作为位移传感器，它不仅可以测量运动物体的线性位移，而且可以给出运动物体的速度模拟信号。

结论:位移传感器种类繁多，不同位移传感器的应用领域也不尽相同。了解各种位移传感器的工作原理和应用领域，有助于选择更合适的位移传感器，进一步提高工作效率。