幾種常用位移傳感器的基礎知識

前言

現實電子科學中，傳感器常被用來探測、感知外界的信號、物理條件與化學組成等，根據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、應用等基礎知識作了歸納總結（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的線性器件，接通電源后，在開關的感應面將產生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產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，然后根據衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。

導電塑料位移傳感器

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，或將DAP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內形成的實心體作為電阻體。特點是：平滑性好、分辯力優異耐磨性好、壽命長、動噪聲小、可靠性極高、耐化學腐蝕。用于宇宙裝置、導彈、飛機雷達天線的伺服系統等。

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、儀器中調零和工作點等。

數字激光位移傳感器

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通過三角函數計算陣列④上的光點位置得到距物體的距離。

激光發射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內部的CCD線性相機接收，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數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字電路處理，并通過微處理器分析，計算出相應的輸出值，并在用戶設定的模擬量窗口內，按比例輸出標準數據信號。如果使用開關量輸出，則在設定的窗口內導通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關量輸出可獨立設置檢測窗口。

真尚有擁有業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。傳感器內部是由處理器單元、回波處理單元、激光發射器、激光接收器等部分組成。激光位移傳感器通過激光發射器每秒發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，最遠檢測距離可達3000m。

金屬玻璃鈾位移傳感器

用絲網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，經高溫燒結而成。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，通過內部非接觸式的測控技術精確地檢測活動磁環的絕對位置來測量被檢測產品的實際位移值的;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和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應用在極惡劣的工業環境中，不易受油漬、溶液、塵埃或其它污染的影響。此外，傳感器采用了高科技材料和先進的電子處理技術，因而它能應用在高溫、高壓和高振蕩的環境中。傳感器輸出信號為絕對位移值，即使電源中斷、重接，數據也不會丟失，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生一個應變脈沖信號來準確地測量位置的。測量元件是一根波導管，波導管內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產生電流脈沖，該電流脈沖在波導管內傳輸，從而在波導管外產生一個圓周磁場，當該磁場和套在波導管上作為位置變化的活動磁環產生的磁場相交時，由于磁致伸縮的作用，波導管內會產生一個應變機械波脈沖信號，這個應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。

由于這個應變機械波脈沖信號在波導管內的傳輸時間和活動磁環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。

總結

在實際應用中，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、導電塑料位移傳感器、繞線位移傳感器、數字激光位移傳感器、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基礎知識。