1、位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。 电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。目录简介 原理 信号处理 专用集成电路 分类 主要特性参数 常用传感器特性 传感器市场发展前景简介 原理 信号处理 专用集成电路 分类 主要特性参数 常用传感器特性 传感器市场发展前景展开编 辑 本 段简 介电 感 式 位 移 传
2、感 器 具 有 无 滑 动 触 点 ， 工 作 时 不 受 灰 尘 等 非 金 属 因 素 的 影响 ， 并 且 低 功 耗 ， 长 寿 命 ， 可 使 用 在 各 种 恶 劣 条 件 下 。 位 移 传 感 器 主 要 应 用在 自 动 化 装 备 生 产 线 对 模 拟 量 的 智 能 控 制 。 位 移 是 和 物 体 的 位 置 在 运 动 过 程 中 的 移 动 有 关 的 量 ， 位 移 的 测 量 方 式 所涉 及 的 范 围 是 相 当 广 泛 的 。 小 位 移 通 常 用 应 变 式 、 电 感 式 、 差 动 变 压 器 式 、涡 流 式 、 霍 尔 传 感 器 来 检
3、测 ， 大 的 位 移 常 用 感 应 同 步 器 、 光 栅 、 容 栅 、 磁栅 等 传 感 技 术 来 测 量 。 其 中 光 栅 传 感 器 因 具 有 易 实 现 数 字 化 、 精 度 高 （ 目 前分 辨 率 最 高 的 可 达 到 纳 米 级 ） 、 抗 干 扰 能 力 强 、 没 有 人 为 读 数 误 差 、 安 装 方便 、 使 用 可 靠 等 优 点 ， 在 机 床 加 工 、 检 测 仪 表 等 行 业 中 得 到 日 益 广 泛 的 应 用 。编 辑 本 段原 理计 量 光 栅 是 利 用 光 栅 的 莫 尔 条 纹 现 象 来 测 量 位 移 的 。 “莫 尔 ”
4、原 出 于法 文 Moire， 意 思 是 水 波 纹 。 几 百 位 移 传 感 器年 前 法 国 丝 绸 工 人 发 现 ， 当 两 层 薄 丝 绸 叠 在 一 起 时 ， 将 产 生 水 波 纹 状 花 样 ；如 果 薄 绸 子 相 对 运 动 ， 则 花 样 也 跟 着 移 动 ， 这 种 奇 怪 的 花 纹 就 是 莫 尔 条 纹 。一 般 来 说 ， 只 要 是 有 一 定 周 期 的 曲 线 簇 重 叠 起 来 ， 便 会 产 生 莫 尔 条 纹 。 计 量光 栅 在 实 际 应 用 上 有 透 射 光 栅 和 反 射 光 栅 两 种 ； 按 其 作 用 原 理 又 可 分 为
5、辐 射光 栅 和 相 位 光 栅 ； 按 其 用 途 可 分 为 直 线 光 栅 和 圆 光 栅 。 下 面 以 透 射 光 栅 为 例加 以 讨 论 。 透 射 光 栅 尺 上 均 匀 地 刻 有 平 行 的 刻 线 即 栅 线 ， a 为 刻 线 宽 ，b 为 两 刻 线 之 间 缝 宽 ， W=a+b 称 为 光 栅 栅 距 。 目 前 国 内 常 用 的 光 栅 每 毫 米 刻成 10、 25、 50、 100、 250 条 等 线 条 。 光 栅 的 横 向 莫 尔 条 纹 测 位 移 ， 需 要 两块 光 栅 。 一 块 光 栅 称 为 主 光 栅 ， 它 的 大 小 与 测 量
6、范 围 相 一 致 ； 另 一 块 是 很 小的 一 块 ， 称 为 指 示 光 栅 。 为 了 测 量 位 移 ， 必 须 在 主 光 栅 侧 加 光 源 ， 在 指 示 光栅 侧 加 光 电 接 收 元 件 。 当 主 光 栅 和 指 示 光 栅 相 对 移 动 时 ， 由 于 光 栅 的 遮 光 作用 而 使 莫 尔 条 纹 移 动 ， 固 定 在 指 示 光 栅 侧 的 光 电 元 件 ， 将 光 强 变 化 转 换 成 电信 号 。 由 于 光 源 的 大 小 有 限 及 光 栅 的 衍 射 作 用 ， 使 得 信 号 为 脉 动 信 号 。 如 图 1， 此 信 号 是 一 直 流
7、 信 号 和 近 视 正 弦 的 周 期 信 号 的 叠 加 ， 周 期 信 号 是 位 移x 的 函 数 。 每 当 x 变 化 一 个 光 栅 栅 距 W， 信 号 就 变 化 一 个 周 期 ， 信 号 由 b点 变 化 到 b点 。 由 于 bb=W， 故 b点 的 状 态 与 b 点 状 态 完 全 一 样 ， 只 是在 相 位 上 增 加 了 2 。 编 辑 本 段信 号 处 理辨 向 原 理在 实 际 应 用 中 ， 位 移 具 有 两 个 方 向 ， 即 选 定 一 个 方 向 后 ， 位 移 有 正 负 之分 ， 因 此 用 一 个 位 移 传 感 器光 电 元 件 测 定
8、莫 尔 条 纹 信 号 确 定 不 了 位 移 方 向 。 为 了 辨 向 ， 需 要 有 /2相 位 差 的 两 个 莫 尔 条 纹 信 号 。 如 图 2， 在 相 距 1/4 条 纹 间 距 的 位 置 上 安 放 两个 光 电 元 件 ， 得 到 两 个 相 位 差 /2 的 电 信 号 u01 和 u02， 经 过 整 形 后 得 到两 个 方 波 信 号 u01和 u02。 光 栅 正 向 移 动 时 u01 超 前 u02 90 度 ， 反 向移 动 时 u02 超 前 u01 90 度 ， 故 通 过 电 路 辨 相 可 确 定 光 栅 运 动 方 向 。 细 分 技 术随 着
9、 对 测 量 精 度 要 求 的 提 高 ， 以 栅 距 为 单 位 已 不 能 满 足 要 求 ， 需 要 采 取适 当 的 措 施 对 莫 尔 条 纹 进 行 细 分 。 所 谓 细 分 就 是 在 莫 尔 条 纹 信 号 变 化 一 个 周期 内 ， 发 出 若 干 个 脉 冲 ， 以 减 少 脉 冲 当 量 。 如 一 个 周 期 内 发 出 n 个 脉 冲 ，则 可 使 测 量 精 度 提 高 n 备 ， 而 每 个 脉 冲 相 当 于 原 来 栅 距 的 1/n。 由 于 细 分后 计 数 脉 冲 频 率 提 高 了 n 倍 ， 因 此 也 称 n 倍 频 。 通 常 用 的 有
10、两 种 细 分 方 法 ： 其 一 、 直 接 细 分 。 在 相 差 1/4 莫 尔 条 纹 间距 的 位 置 上 安 放 两 个 光 电 元 件 ， 可 得 到 两 个 相 位 差 90o 的 电 信 号 ， 用 反 相器 反 相 后 就 得 到 四 个 依 次 相 差 90o 的 交 流 信 号 。 同 样 ， 在 两 莫 尔 条 纹 间 放 置四 个 依 次 相 距 1/4 条 纹 间 距 的 光 电 元 件 ， 也 可 获 得 四 个 相 位 差 90o 的 交 流信 号 ， 实 现 四 倍 频 细 分 。 其 二 、 电 路 细 分 。 编 辑 本 段专 用 集 成 电 路四 倍
11、频 专 用 集 成 电 路 QA740210 同 时 具 有 辨 相 和 四 倍 频 细 分 的 功 能 ， 可将 两 路 正 交 的 方 波 进 行 四 倍 频 后 产 生 两 路 加 、 减 计 数 信 号 ， 可 送 双 时 钟 可 逆计 数 器 进 行 加 、 减 计 数 ， 也 可 直 接 送 微 型 计 算 机 （ 包 括 单 片 机 ） 进 行 数 据 处理 。 1、 特 点 ： 、 数 字 化 微 分 电 路 ： 4 路 微 分 信 号 脉 宽 由 主 频 周 期 决 定 ， 因 此 ， 是 一致 的 ， 而 且 可 在 很 大 范 围 里 方 便 地 选 择 。 、 临 界
12、报 警 与 过 速 报 警 两 档 速 度 提 示 ： 可 在 光 栅 运 动 速 度 接 近 极 限 值时 给 出 临 界 报 警 信 息 ， 以 便 操 作 者 及 时 控 制 光 栅 运 动 快 慢 。 在 速 度 超 过 极 限值 时 本 电 路 将 给 出 出 错 信 息 。 、 绝 对 零 位 控 制 ： 绝 对 零 位 的 设 置 将 给 操 作 者 带 来 许 多 方 便 ， 如 故 障断 电 后 的 重 新 定 位 等 。 本 电 路 有 “到 绝 对 零 位 开 始 计 数 ”和 “到 绝 对 零 位停 止 计 数 ”， 以 及 “与 绝 对 零 位 无 关 ”三 种 工
13、作 模 式 。 、 片 选 ： 本 电 路 设 有 片 选 端 ， 可 以 构 成 多 标 数 显 系 统 。 、 COMS 工 艺 ： 输 入 输 出 的 电 压 电 流 与 4000 系 列 CMOS 及 LSTTL 电 路兼 容 。 编 辑 本 段分 类根 据 运 动 方 式 分 类直 线 位 移 传 感 器 原 理 ： 直 线 位 移 传 感 器 的 功 能 在 于 把 直 线 机 械 位 移 量 转 换 成 电 信 号 。 为 了 达 到这 一 效 果 ， 通 常 将 可 变 电 阻 滑 轨 定 置 在 传 感 器 的 固 定 部 位 ， 通 过 滑 片 在 滑 轨上 的 位 移 来
14、 测 量 不 同 的 阻 值 。 传 感 器 滑 轨 连 接 稳 态 直 流 电 压 ， 允 许 流 过 微 安培 的 小 电 流 ， 滑 片 和 始 端 之 间 的 电 压 ， 与 滑 片 移 动 的 长 度 成 正 比 。 将 传 感 器用 作 分 压 器 可 最 大 限 度 降 低 对 滑 轨 总 阻 值 精 确 性 的 要 求 ， 因 为 由 温 度 变 化 引起 的 阻 值 变 化 不 会 影 响 到 测 量 结 果 。 LT 直 线 位 移 传 感 器 ： 广 泛 应 用 于 注 塑 、 机 床 及 机 械 加 工 等 行 业 无 限 分 辨 率 行 程 ： 50 至 900mm
15、独 立 线 性 度 ： 0.05% 位 移 速 度 达 到 ： 5m/s、 10 m/s 可 选 工 作 温 度 ： -30 至 +100 多 种 电 气 连 接 方 式 保 护 等 级 ： IP60（ IP65 可 选 ） 角 度 位 移 传 感 器 根 据 材 质 分 类金 属 膜 传 感 器 、 导 电 塑 料 传 感 器 、 光 电 式 传 感 器 、 磁 敏 式 传 感 器 、 金属 玻 璃 铀 传 感 器 、 绕 线 传 感 器 电 位 器 式 位 移 传 感 器 它 通 过 电 位 器 元 件 将 机 械 位 移 转 换 成 与 之 成 线 性或 任 意 函 数 关 系 的 电
16、阻 或 电 压 输 出 。 普 通 直 线 电 位 器 和 圆 形 电 位 器 都 可 分 别用 作 直 线 位 移 和 角 位 移 传 感 器 。 但 是 ， 为 实 现 测 量 位 移 目 的 而 设 计 的 电 位 器 ，要 求 在 位 移 变 化 和 电 阻 变 化 之 间 有 一 个 确 定 关 系 。 图 1 中 的 电 位 器 式 位 移传 感 器 的 可 动 电 刷 与 被 测 物 体 相 连 。 物 体 的 位 移 引 起 电 位 器 移 动 端 的 电 阻 变化 。 阻 值 的 变 化 量 反 映 了 位 移 的 量 值 ， 阻 值 的 增 加 还 是 减 小 则 表 明
17、了 位 移 的方 向 。 通 常 在 电 位 器 上 通 以 电 源 电 压 ， 以 把 电 阻 变 化 转 换 为 电 压 输 出 。 线 绕式 电 位 器 由 于 其 电 刷 移 动 时 电 阻 以 匝 电 阻 为 阶 梯 而 变 化 ， 其 输 出 特 性 亦 呈 阶梯 形 。 如 果 这 种 位 移 传 感 器 在 伺 服 系 统 中 用 作 位 移 反 馈 元 件 ， 则 过 大 的 阶 跃电 压 会 引 起 系 统 振 荡 。 因 此 在 电 位 器 的 制 作 中 应 尽 量 减 小 每 匝 的 电 阻 值 。 电位 器 式 传 感 器 的 另 一 个 主 要 缺 点 是 易 磨
18、 损 。 它 的 优 点 是 ： 结 构 简 单 ， 输 出 信号 大 ， 使 用 方 便 ， 价 格 低 廉 。 霍 耳 式 位 移 传 感 器 它 的 测 量 原 理 是 保 持 霍 耳 元 件 （ 见 半 导 体 磁 敏 元 件 ）的 激 励 电 流 不 变 ， 并 使 其 在 一 个 梯 度 均 匀 的 磁 场 中 移 动 ， 则 所 移 动 的 位 移 正比 于 输 出 的 霍 耳 电 势 。 磁 场 梯 度 越 大 ， 灵 敏 度 越 高 ； 梯 度 变 化 越 均 匀 ,霍 耳电 势 与 位 移 的 关 系 越 接 近 于 线 性 。 图 2 中 是 三 种 产 生 梯 度 磁
19、场 的 磁 系 统 ：a 系 统 的 线 性 范 围 窄 ， 位 移 Z=0 时 ， 霍 耳 电 势 0； b 系 统 当 Z贝 特 威拥 有 业 界 最 为 齐 全 的 高 精 度 激 光 三 角 测 量 传 感 器 ， 最 高 分 辨 率 可 以 达 到0.03um， 最 远 检 测 距 离 可 以 达 到 5.4m,为 高 精 度 测 量 检 测 提 供 全 面 的 解 决 方案 。 2、 激 光 位 移 传 感 器 采 用 回 波 分 析 原 理 来 测 量 距 离 以 达 到 一 定 程 度 的 精度 。 传 感 器 内 部 是 由 处 理 器 单 元 、 回 波 处 理 单 元 、 激 光 发 射 器 、 激 光 接 收 器等 部 分 组 成 。 激 光 位 移 传 感 器 通 过 激 光 发 射 器 每 秒 发 射 一 百 万 个 激 光 脉 冲 到检 测 物 并 返 回 至 接 收 器 ， 处 理 器 计 算 激 光 脉 冲 遇 到 检 测 物 并 返 回 至 接 收 器 所需 的 时 间 ， 以 此 计 算 出 距 离 值 ， 该 输 出 值 是 将 上 千 次 的 测 量 结 果 进 行 的 平 均输 出 。 激 光 回 波 分 析 法 适 合 于 长 距 离 检 测 ， 但 测 量 精 度 相 对 于 激 光 三 角 测 量法 要 低 。
