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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。简简介介电感式位移传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。 光电式位移传感器利用激光三角反射法进行测量
2、，对被测物体材质没有 任何要求，主要影响为环境光强和被测面是否平整。比如公路测量用到真尚 有的激光位移传感器，就对传感器进行了特殊配置，与普通情况不一样。 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。 原原理理计量光栅是利用光栅的
3、莫尔条纹现象来测量位移的。 “莫尔”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 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、5
4、0、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
5、b 点状态完全一样，只 是在相位上增加了 2。 信信号号处处理理辨辨向向原原理理在实际应用中，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 光电元件测定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。 细细分分技技术术随着对测量精度要求的提高，以栅距为单位已不
6、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
7、细分。 专专用用集集成成电电路路四倍频专用集成电路 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 “
8、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。 分分类类根根据据运运动动方方式式分分类类直线位移传感器 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
9、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： 直线位移传感器 (2 张) 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 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 根根据据材材质质分分类类金属膜传感器、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阻或电压输出。普通直线
10、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
11、主要缺点是易磨损。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真 尚有拥有业界最为齐全的高精度激光三角测量传感器，最高精度可以达到 1um，为高精度测量检测及测厚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。真尚有拥有的激光测距传感器，最远检测距离可达3000m
