位移检测传感器
位移传感器原理及应用
位移传感器原理及应用
位移传感器是一种用于测量物体位置或位移的设备，常用于工业自动化、机械控制、仪器仪表等领域。
它们基于不同的原理来实现位移测量，并将物体的位移转换为电信号输出。
以下是几种常见的位移传感器原理及其应用：
电阻式传感器：电阻式传感器利用物体位移引起的电阻变化来测量位移。
最常见的电阻式传感器是电位计。
它们通常用于测量较小的位移，如角度、线性位移等。
光电式传感器：光电式传感器利用光的特性来测量位移。
例如，光电编码器通过光栅来测量物体的旋转位移，光电传感器利用光敏元件来检测物体的位置变化。
这些传感器通常用于位置控制、机器人导航、印刷和纺织行业等。
电感式传感器：电感式传感器利用磁场的变化来测量位移。
它们通常包含一个线圈和一个磁性物体，当物体位移时，磁场的变化会导致线圈中的感应电压发生变化。
电感式传感器广泛应用于汽车行业、工业自动化和航空航天等领域。
压电式传感器：压电式传感器利用压电材料的特性来测量位移。
当施加力或压力时，压电材料会产生电荷，这可以被测量。
压电传感器常用于精密仪器、医疗设备、机械控制等领域。
容量式传感器：容量式传感器利用电容的变化来测量位移。
当物体靠近或远离电容传感器时，电容的值会发生变化，从而测量位移。
容量式传感器常用于触摸屏、液位测量、位置检测等应用。
这些只是位移传感器的一些常见原理和应用示例，实际上还有其他类型的位移传感器。
选择合适的位移传感器取决于具体的应用要求，如测量范围、精度、环境条件等。
第二讲_位移传感器
其形式有直滑式和旋转式， 旋转式有单圈和多圈两种。 电刷由
触头、 臂、 导向及轴承等装置组成； 触头常用银、 铂铱、 铂 铑等金属； 电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料； 骨架常用陶瓷、
酚醛树脂及工程塑料等绝缘材料。 电阻元件有线绕电阻、 薄膜
电阻、 导电塑料电阻、 导电玻璃釉电阻等。
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图3-2 （a） 直滑式； (b) 单圈旋转式； (c) 多圈旋转式
线圈绕于绝缘骨架上，滑动触点(电刷)在移动过程中, 从一匝滑到另一匝时，电阻值随位移发生变化。
b x
R
a
b
c
l R A
7
•
电阻体是由电阻系数很高的极细均匀导线， 按照一定的规律整齐地绕在一个绝缘的骨架上 制成的。在它与电刷相接触的部分，将导线表 面的绝缘去掉，然后加以抛光，形成一个电刷 可在其上滑动的接触道。电刷通常是由具有弹 性的金属薄片或金属丝制成，其末端弯曲成弧 形，利用电刷与电阻本身的弹性变形产生的弹 性力，使电刷与电阻元件有一定的接触压力， 以使两者在相对滑动过程中保持可靠的接触和 导电。电位器常用的电阻丝材料为铜镍合金 （铜60％、镍40％），电刷为磷青铜，骨架为 陶瓷酚醛树脂等。
13
1、线绕电位器的结构
14
15
2、线绕电位器的输出特性
（1）空载下
U0 Usc R R0 U0 Usc L L0
电阻灵敏度 KR
R R0 L L0
L L0
线性电位器
电压灵敏度 K V U sc U 0
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（2）负载下
RL R U 0 Ux ( R 0 R)Ux RL R
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2） 金属膜电位器 金属膜电位器由合金、 金属或金属氧化物等材料通过真空
位移传感器
差动变压器式电感传感器是常用的互感型传感器，其结构形式有 多种，以螺管形应用较为普遍，其结构及工作原理如图3-7（a）、（b） 所示。传感器主要由线圈、铁心和活动衔铁三个部分组成。线圈包括一 个初级线圈和两个反接的次级线圈，当初级线圈输入交流激励电压时， 次级线圈将产生感应电动势e1和e2。由于两个次级线圈极性反接，因此 传感器的输出电压为两者之差，即ey=e1-e2。活动衔铁能改变线圈之 间的耦合程度。输出ey的大小随活动衔铁的位置而变。当活动衔铁的位 置居中时，即e1=e2，ey=0；当活动衔铁向上移时，即e1> e2 ， ey>0；当活动衔铁向下移时，即e1< e2 ，ey<0。活动衔铁的位置往 复变化，其输出电压ey，也随之变化，输出特性如图3-7（c）所示。
2. 数字式位移传感器 数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同
特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输 出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲
就可以统计位移的尺寸。下面主要以光栅传感器和感应同步器来介绍数 字式传感器的工作原理。 1）光栅位移传感器
光栅是一种新型的位移检测元件，有圆光栅和直线光栅两种。它 的特点是测量精确高（可达±1um）、响应速度快和量程范围大（一般 为1—2m，连接使用可达到10m）等。
光栅由标尺光栅和指示光栅组成，两者的光刻密度相同，但体长相 差很多，其结构如图3-8所示。
光栅条纹密度一般为每毫米25，50，100，250条等。把指示光 栅平行地放在标尺光栅上面，并且使它们的刻线相互倾斜一个很小的角 度 ，这时在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹，称为莫尔条纹。
位移传感器的原理和应用
位移传感器的原理和应用
一、原理
1.接触式位移传感器原理：
接触式位移传感器通过机械接触的方式测量物体的位移。
常见的接触式位移传感器有滑动变阻器、电容变阻器、电感变阻器等。
这类传感器通过物体位移引起电阻、电容、电感元件的变化，从而测量位移。
2.非接触式位移传感器原理：
非接触式位移传感器通过无需物理接触的方式测量物体的位移。
常见的非接触式位移传感器有光电编码器、激光位移传感器、电磁感应位移传感器等。
这类传感器利用光学、电磁或其他无线技术测量位移。
二、应用
1.汽车工业：
在汽车制造中，位移传感器被广泛应用于测量车辆悬挂、翘曲、变形等情况，以提高车辆的安全性和驾驶舒适度。
例如，车辆的悬架系统中使用位移传感器测量悬挂裙的位移来调节车身的高度。
2.机械设备：
在机械制造过程中，位移传感器被广泛应用于测量机械元件的位移和变形，以确保机械设备的正常运行和精度。
例如，机床加工过程中使用位移传感器来实时监测工件位置，以确保加工质量。
3.工业自动化：
4.航空航天：
5.医疗领域：
总结：
位移传感器通过测量物体的位移，提供了在许多领域中实时定位、控
制和监测的重要数据。
无论是接触式还是非接触式，这些传感器都在汽车、机械设备、工业自动化、航空航天和医疗等领域发挥着重要的作用。
位移
传感器的发展不断推动着现代科技和工程的进步。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理一、引言位移传感器是一种用于测量物体位置或位移的设备，广泛应用于工业自动化、机械制造、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理及其应用。
二、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的物理原理，常见的包括电阻、电容、电感、光学、超声波等。
1. 电阻位移传感器电阻位移传感器利用电阻值的变化来测量位移。
常见的电阻位移传感器包括电阻式位移传感器和电位器。
电阻式位移传感器通过测量电阻值的变化来确定位移大小。
电位器则利用滑动触点在固定电阻器上的位置变化来测量位移。
2. 电容位移传感器电容位移传感器利用电容值的变化来测量位移。
它由两个电极组成，当位移发生时，电极之间的电容值会发生变化，通过测量电容值的变化来确定位移大小。
3. 电感位移传感器电感位移传感器利用电感值的变化来测量位移。
当位移发生时，线圈中的电感值会发生变化，通过测量电感值的变化来确定位移大小。
4. 光学位移传感器光学位移传感器利用光的原理来测量位移。
它通过发射一束光束，并通过接收器接收反射回来的光来确定位移大小。
5. 超声波位移传感器超声波位移传感器利用超声波的原理来测量位移。
它通过发射超声波并接收回波来确定位移大小。
三、应用领域位移传感器在各个领域都有广泛的应用。
1. 工业自动化位移传感器在工业自动化中用于测量机器人的位置、物体的位移等。
它可以帮助机器人实现精确的定位和控制，提高生产效率。
2. 机械制造位移传感器在机械制造中用于测量机械设备的位移、位置等。
它可以帮助监测机械设备的运行状态，及时发现故障并采取相应的措施。
3. 航空航天位移传感器在航空航天领域用于测量飞机、火箭等的位置和姿态。
它可以帮助飞行员或航天员实时监测飞行器的状态，确保飞行安全。
4. 汽车制造位移传感器在汽车制造中用于测量汽车零部件的位移和位置。
它可以帮助汽车制造商监测汽车的运行状态，改善车辆性能。
5. 医疗设备位移传感器在医疗设备中用于测量患者的位移和位置。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理一、引言位移传感器是一种常用的测量仪器，用于测量物体的位移或者位置变化。
它广泛应用于工业自动化、机械加工、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理。
二、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的测量原理，常见的有电容式、电感式、光电式、压阻式等。
下面以电容式位移传感器为例进行说明。
1. 电容式位移传感器电容式位移传感器利用电容器的电容值与电容板之间的距离成反比的原理进行测量。
其基本原理是通过测量电容板之间的电容值来确定位移的大小。
具体工作原理如下：- 位移传感器由两个电容板构成，其中一个电容板固定不动，称为静态电容板，另一个电容板随着位移的变化而挪移，称为动态电容板。
- 当动态电容板与静态电容板之间的距离变化时，电容值也相应发生变化。
- 通过测量电容值的变化，可以确定位移的大小。
2. 工作过程电容式位移传感器的工作过程可以分为以下几个步骤：- 步骤1：传感器的两个电容板之间施加电压，形成电场。
- 步骤2：当动态电容板随着位移的变化而挪移时，电场的分布也会发生变化。
- 步骤3：电容板之间的电容值与电场的分布成正比，因此电容值也会随着位移的变化而变化。
- 步骤4：通过测量电容值的变化，可以得到位移的大小。
3. 应用范围电容式位移传感器具有以下特点，因此在许多领域得到广泛应用：- 高精度：电容式位移传感器具有较高的测量精度，可以满足精密测量的需求。
- 高灵敏度：由于电容值与位移成反比，因此电容式位移传感器对位移的变化非常敏感。
- 宽测量范围：电容式位移传感器可以测量较大范围内的位移，适合于各种不同的应用场景。
三、总结位移传感器是一种常用的测量仪器，通过测量物体的位移或者位置变化来实现对物体状态的监测和控制。
本文以电容式位移传感器为例，详细介绍了其工作原理。
电容式位移传感器通过测量电容值的变化来确定位移的大小，具有高精度、高灵敏度和宽测量范围等特点，广泛应用于各种工业领域。
位移传感器的性能介绍
位移传感器的性能介绍概述位移传感器是一种可以测量物体位移的传感器，它可以将物体的位移转换成电信号输出，常用于测量机械运动、加速度以及物体的振动等数据。
其中，位移传感器是最常见的测量传感器之一，目前已经得到广泛的应用。
在本文中，我们将对位移传感器的性能进行详细介绍。
精度位移传感器的精度是指其输出值与实际位移的偏差度量。
精度是一个非常重要的性能参数，直接影响到传感器的有效性和可靠性。
一般来说，传感器精度越高，其输出值与实际值之间的误差就越小。
常见的位移传感器精度为1 um ~ 10 um，而高精度位移传感器可以达到0.1 um以下。
线性度位移传感器的线性度是指在其测量范围内，输出值与输入值之间的比例关系是否恒定。
通常来说，我们通过将知道大小、精确度和线性度稳定的标准移动物来测试线性度。
线性度越好，位移传感器的测量范围就越广，而测量结果也更加准确。
频率响应特性位移传感器的频率响应特性也是其性能之一。
通常，高性能位移传感器在40Hz以下频率下的响应都会非常好，而高频率响应也越快，那么这个传感器就越能够测量高速运动的物体。
稳定性任何测量系统的稳定性都是最基本的要求之一，这也适用于位移传感器。
传感器的稳定性一般指它的测量性能能长时间保持稳定状态。
如果一个传感器稳定性差，那么它的输出值会随着时间的推移而发生变化，这样的传感器就很难用于科学实验和工业生产中。
其他性能指标除了上述性能指标，传感器还有一系列辅助性能指标，比如灵敏度、响应时间、温度稳定性、噪声等。
这些指标的好坏都直接关系到传感器的测度效果。
总结综上所述，位移传感器是一种常见的测量传感器之一，其性能直接影响到其有效性和可靠性，不同的应用场景需要不同的位移传感器。
因此，在选择和使用位移传感器时应该充分考虑这些性能参数，并根据实际情况进行选择。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理
位移传感器是一种用于测量物体位移的设备，它能够将物体的位置变化转化为电信号输出。
位移传感器广泛应用于工业自动化、机械设备、航空航天等领域，用于监测和控制物体的运动状态。
位移传感器的工作原理主要基于以下几种原理：
1. 电阻式位移传感器：电阻式位移传感器是通过测量电阻值的变化来确定物体位移的。
它通常由一个可变电阻和一个测量电路组成。
当物体位移时，可变电阻的电阻值会发生变化，测量电路通过测量电阻值的变化来确定位移值。
2. 容量式位移传感器：容量式位移传感器是利用物体与传感器之间的电容变化来测量位移的。
传感器通常由两个电极组成，当物体靠近传感器时，电容值会发生变化，通过测量电容值的变化来确定位移值。
3. 光电式位移传感器：光电式位移传感器是利用光电效应来测量位移的。
传感器通常由一个发光器和一个接收器组成，当物体位移时，光线的强度会发生变化，通过测量光线强度的变化来确定位移值。
4. 磁电式位移传感器：磁电式位移传感器是利用磁场的变化来测量位移的。
传感器通常由一个磁场发生器和一个磁场接收器组成，当物体位移时，磁场的强度或方向会发生变化，通过测量磁场的变化来确定位移值。
5. 激光干涉式位移传感器：激光干涉式位移传感器是利用激光干涉原理来测量位移的。
传感器通常由一个激光发射器和一个激光接收器组成，当物体位移时，激光的干涉图案会发生变化，通过测量干涉图案的变化来确定位移值。
以上是常见的几种位移传感器的工作原理，不同类型的位移传感器适用于不同的应用场景。
在选择位移传感器时，需要根据实际需求考虑测量范围、精度、响应速度等因素，并结合具体的应用环境进行选择。
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分类示意图
+
a) 极距变化型;
+
+
CC SS00r rS d d
b)面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型.
+
+
+
+
+
+
c) 介质变化型
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1.变极距式电容传感器
当动极板受被测物体作用引起位移时， 改变了两极板之间的距离δ ，从而使电容量 发生变化。
A
E
R0 U0
C
x
2R0
B
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二、电阻应变式位移传感器
工作原理：将被测位移引起的应变元件产 生的应变，经后续电路变换成电信号输出，从 而测出被测位移。
电阻应变式位移传感器基本结构见教材P15
图2-4。第四章详细介绍。
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三、电容式位移传感器
+
S
平行板的间距d 远小于平行板的 尺寸时，边缘效忽略。平行板
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1
第一节 参量型位移传感器
工作原理：将被测物理量转换成电参数，即 电阻、电容或电感。
一、电阻式位移传感器
电阻式位移传感器的电阻值取决于材料的几何尺寸
和物理特性，即：
R
L
S
式中 ρ—导体电阻率（Ω·m）；L—导体长度（m）
S—导体横截面积（m2）。
改变其中任一参数均可使电阻值发生变化。电位计
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采用差动传感器，灵敏度提
高了一倍，非线性误差大大
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减小。
2.变面积式电容传感器
图a是平板形直线位移式结构，极板1
为动极板，可左右移动；极板2为定极板，
固定不动。当位移x=0时，两极板完全重合，
此时电容量为：
C0
a0b
d0
当动极板移动x后，电容为： C
灵敏度为：
**K
C
C0
0
S 02
常数
变极距式电容位移传感器只适用
于小位移的测量。
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为提高灵敏度，改善线性度，可采
用差动电容传感器。当动极板处于平衡
位置时，d1=d2=do，则C1=C2=Co，Δ C=C1C2=0；当动极板右移⊿d时，d1=do-⊿d, d2=do+⊿d，电容总的相对变化为
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4.图示为某电位计式位移传感器的检测电路。
E=10V，R0=10K，AB为线性电位计，总长度为150mm， 总电阻为30K，C点为电刷位置。
（1）计算输出电压U0=0V时的位移X；(100mm) （2）当位移X的变化范围为10——140mm时，计算输 出电压U0的范围。(-6V—2.67V)
电位计的电阻有线绕电阻、薄膜电阻、导电 塑料（有机实芯）电阻等。
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1.线性电位计的空载特性
线性电位计单位长度(或转角)的电阻值为常数。
如图，有：R / L = RX / X
则：
RX
RX L
KRX
KR——电位计的电阻灵敏度（ Ω/m ） 电位计的空载电压为： Ku——电位计的U电0 压 灵ULi敏X度（KUVX/m）
电位计结构及电源电压一定时,
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KR 和Ku为常数.
4
对角位移式电位器来说，Uo与电刷的旋转
角度成正比：
Uo
360 Ui
实际线绕电位计的电刷移动时，每移动一匝线圈
使其阻值和输出电压产生一次跳跃，其输出空载特
性不是直线，而呈阶梯状，称为阶梯特性。
线绕电位计的阶梯特性限制了其精度和分辨力。
和202应0/1/变31 片就是根据这一原理制成的。
2
电位计通常由截面相等的骨架、绕于骨架 上的电阻丝线圈（电阻元件）和沿电位器移动 的电刷等部分组成。电刷相对电阻元件可作直 线运动、转动或螺旋运动，将直线位移、角位 移成比例地转换成电阻量的变化（线性），非 线性电位计可将线位移和转角变换成与之成某 种函数关系的电阻或电压输出。
高灵敏度，应使当δ
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0小些还是大些？
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设极板间的初始距离为δ 0时，电容 量为C0：
当极板间的距离减小Δ δ 时，电容 量为C：
电容的增量为：
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当Δ δ
/δ
0
«1时，C
C0
/ 0 1 / 0
0
在小位移时，电容位移传感器的
变极距式电容位移传感器具有较高的灵敏 度，但电容变化与极距变化之间为非线性关 系。
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变极距式电容传感器的特性曲线
δ
Δδ1
Δδ2
δ
a） 结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1—定极板 2—动极板
从图中可以看到，当变极距式电容传感器的初始
极距δ 0较小时，它的测量范围变大还是变小？为了提
δ 电容器的容量：C S 0 r S
电力线
-
平行板电容器
式中：ε ——极板间介质的介电常
数（F/m），ε r为介质的相对介电常数，
ε 0=8.85×10-12（F/m），真空介电常数；
S ——极板面积（m2）；δ ——极板间距（m）。
固定三个参量中的任意两个，可以做成变极距式、
变面积式和变介电常数式电容位移传感器。
阶梯误差由线绕电位计的匝数决定,线径越小,同样
长度的骨架所绕的线圈匝数越多，阶梯误差越小,分
辨力越高。
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2.非线性电位计空载特性 非线性电位计其输出电压（或电阻）与电刷 位移之间具有非线性函数关系，其空载特性为 一条曲线，其电阻灵敏度KR=dR/dX，电压灵 敏度KU=dU0/dX均为变量，其值与电刷位移X 有关。最大阶梯误差发生在特性曲线斜率最高 处。 非线性电位计的结构形式有变骨架式、变节 距式、分路电阻式和电位给定式等。
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考题分析： 1.电位计式位移传感器，其后接测量仪器的输入电 阻对传感器的输出特性有何影响？如何减小这个影响？ （并联分流，产生测量误差，应使R输入》R传） 2.设一圆型截面绕线式位移传感器的线圈半径为5mm， 共绕制了100圈，线圈总电阻为1K，则传感器的灵敏度 为多大？（1/π Ω /mm） 3.绕线式线性电位计式位移传感器每厘米绕制200圈， 所以分辨力为 0.05 毫米。
位移分为线位移和角位移两种，测量位移的 常用方法有机械法、光测法和电测法。
电测法是利用各种传感器将位移量转换成电 量或电参数，再经后接测量仪器进一步变换完 成对位移检测的一种方法。位移测试系统由传 感器、变换电器、显示装置或记录仪器三部分 组成。常用位移传感器有电阻式、电容式、涡 流式、压电式、感应同步式、磁栅式、光电式 等。