位移传感器
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。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理标题：位移传感器的工作原理引言概述：位移传感器是一种用于测量物体位置变化的装置，广泛应用于工业自动化、机械创造、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理，包括其基本原理、工作方式、应用场景和优势。
一、基本原理1.1 电容位移传感器电容位移传感器利用电容量的变化来测量物体的位移。
它由两个电极构成，当物体挨近电极时，电容量增加；当物体远离电极时，电容量减小。
传感器通过测量电容量的变化来确定物体的位移。
1.2 感应位移传感器感应位移传感器利用感应原理测量物体的位移。
它包含一个线圈和一个金属杆，当物体挨近线圈时，金属杆的电磁感应会导致线圈中的电流发生变化。
传感器通过测量电流变化来确定物体的位移。
1.3 光电位移传感器光电位移传感器利用光电效应测量物体的位移。
它由一个光源和一个光敏元件构成，当物体挨近光敏元件时，光敏元件接收到的光强度会发生变化。
传感器通过测量光强度的变化来确定物体的位移。
二、工作方式2.1 绝对位移传感器绝对位移传感器可以直接测量物体的绝对位置。
它们通常使用编码器或者光栅来实现，能够提供高精度和高分辨率的位移测量。
2.2 相对位移传感器相对位移传感器只能测量物体的相对位置变化。
它们通常使用差动变压器或者磁敏元件来实现，适合于需要监测物体相对运动的场景。
2.3 数字位移传感器数字位移传感器可以将位移信号转换为数字信号输出。
它们通常采用AD转换器将摹拟信号转换为数字信号，具有高精度和抗干扰能力。
三、应用场景3.1 机械创造位移传感器广泛应用于机械创造领域，用于测量机械零件的位移、位置和变形。
它们可以提供实时监测和反馈，保证机械系统的精度和稳定性。
3.2 自动化控制位移传感器在自动化控制系统中起着重要作用，用于测量和控制机器人、自动化设备和生产线的位移和位置。
它们可以实现精确的运动控制和定位。
3.3 航空航天位移传感器在航空航天领域被广泛应用，用于测量航空器和航天器的位移和变形。
位移传感器
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。
在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。
按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。
模拟式又可分为物性型和结构型两种。
位移传感器的主要分类根据运动方式直线位移传感器：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。
角度位移传感器：角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。
原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。
此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。
一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。
根据材质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。
位移传感器原理与分类
位移传感器原理与分类一、工作原理1.电阻式位移传感器：电阻式位移传感器通过电阻变化的方式测量位移。
一种常见的电阻式传感器是电位计，它借助电位计棒的旋转或滑动来改变电阻值，通过测量电阻值的变化来得到位移信息。
2.容量式位移传感器：容量式位移传感器是利用物体移动时电容量的变化来测量位移的。
当测量物体靠近或远离电容的一个极板时，电场线密度会发生变化，从而改变电容量。
常见的容量式位移传感器有平行板电容器和轴向电容器。
3.感应式位移传感器：感应式位移传感器通过感应物体相对电感元件改变的方式来测量位移。
当物体靠近或远离感应线圈时，感应电势会发生变化，从而能够得到位移信息。
感应式位移传感器常用于测量非接触的位移。
4.光电式位移传感器：光电式位移传感器通过光信号的接收和转换来测量位移。
它通常由一对光电二极管（光源和光接收器）组成，当物体移动时阻挡或透过光源和光接收器之间的光线，从而产生电信号进行位移测量。
二、分类1.接触式位移传感器：接触式位移传感器需要物体与传感器之间有物理接触，通过物体的接触或压力来测量位移。
例如，机械式微调电阻可以通过旋转旋钮改变电阻值，从而测量位移。
2.非接触式位移传感器：非接触式位移传感器可以实现物体与传感器之间的无接触测量。
这种传感器常用于需要高精度和高速度的应用。
例如，磁性编码器可以通过感应物体对磁场的变化来测量位移。
3.绝对位移传感器：绝对位移传感器能够直接测量物体的绝对位置，无需参考点。
它能够提供准确的位移信息，在断电后也能够保留位移值。
常见的绝对位移传感器有光栅尺和霍尔效应传感器。
4.相对位移传感器：相对位移传感器只能测量物体相对于参考点的移动，无法给出绝对位置。
相对位移传感器通常需要初始化或标定，以确定参考点。
例如，编码器能够通过计数脉冲的方式测量物体相对于起始点的移动。
总之，位移传感器通过不同的工作原理和分类方式实现位移测量。
根据实际应用需求，选择合适类型的位移传感器可以提供准确的位移信息，满足各种工业和科技领域对位移测量的要求。
位移传感器
位移传感器的定义—位移传感器知识位移传感器的定义所谓位移传感器，是利用各种元件检测对象物的物理变化量，通过将该变化量换算为距离，来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。
根据使用元件不同，分为光学式位移传感器、线性接近传感器、超声波位移传感器等。
位移传感器原理分类①光学式位移传感器（智能传感器ZX-L-N系列等）●概要光源发出的光通过透镜进行聚光，并照射到物体上。
物体发出的反射光通过受光透镜集中到一维的位置检测元件（PSD）＊上。
如果物体的位置（距离测定器的距离）发生变化，PSD上成像位置将不同；如果PSD的两个输出平衡发生变化，PSD上的成像位置将不同，PSD的两个输出平衡会再次发生变化。
如果将这两个输出作为A、B，计算A/（A＋B），并加上适当的拉线系数‘k’和残留误差‘C’，可求得测得的值不是照度（亮度），而是A、B两个输出的位移量，因此即使与测定对象物之间的距离发生变化，受光光量发生变化也不会受影响，可以得到与距离的差、位置的偏移成比例的线性输出。
●PSD方式与CCD(CMOS)方式PSD方式的原理特长：将对象物上的光点光束投影到受光元件上时的重心位置换算为距离CCD(CMOS)方式的原理特长：分别检测对象物上的光点光束投影到受光元件上时的CCD(CMOS)的各像素的光量，并换算为距离。
CMOS与CCD的差异CCD是指Charge Coupled Device（电荷传输元件）的略称，而CMOS则是Complementary Metal Oxide Semi-conductor（互补性金属氧化半导体）的略称。
CCD是根据动作原理而命名的，CMOS则是根据构造而命名的。
●正反射方式和扩散反射方式②线性接近传感器（智能传感器ZX-E系列等）线圈中如通过交流电，则会产生磁通，如通过金属对象物，则会在对象物中产生一种涡电流，发出磁通，防止这种变化。
其结果将使线圈的感应发生变化。
这种感应的变化量是线圈与对象物之间距离的函数，作为结果，能测量对象物的距离位移。
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。
位移传感器的原理
位移传感器的原理
位移传感器根据不同的原理可以分为多种类型，以下是其中三种常见的位移传感器原理：
1. 电阻式位移传感器
电阻式位移传感器利用电阻值随位移变化的原理来测量位移。
传感器内部包含一条可伸缩或弯曲的电阻材料，当物体位移时，电阻材料的长度或形状会发生变化，导致电阻值发生相应的变化。
通过测量电阻值的变化，可以计算出物体的位移。
2. 容量式位移传感器
容量式位移传感器利用电容值随位移变化的原理来测量位移。
传感器内部包含一对平行金属板，当物体位移时，位于金属板之间的介质的相对位置发生变化，使得电容值随之变化。
通过测量电容值的变化，可以计算出物体的位移。
3. 磁敏式位移传感器
磁敏式位移传感器利用磁场随位移变化的原理来测量位移。
传感器内部包含磁场源和磁敏元件，当物体位移时，会改变磁敏元件所处的磁场强度，从而影响磁敏元件的感应电压或感应电流。
通过测量感应电压或感应电流的变化，可以计算出物体的位移。
以上仅是位移传感器的部分原理介绍，不同类型的位移传感器可能会采用不同的原理来实现位移测量。
位移传感器
位移传感器一、简介位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。
在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。
按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。
模拟式又可分为物性型和结构型两种。
常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。
数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。
这种传感器发展迅速，应用日益广泛。
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。
二、工作原理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。
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。
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根据型号特性 • 导电塑料位移传感器 • 金属玻璃铀位移传感器 • 金属膜位移传感器
• 磁敏式位移传感器
• 光电式位移传感器 • 磁致伸缩式位移传感器
3.磁致伸缩位移传感器
磁致伸缩现象及机理
磁致伸缩现象是指铁磁晶体在外磁场中被磁化时，其长度 尺寸及体积大小均发生变化，这一现象是由科学家James Prescott 于1842 年发现的，这种现象有3 种表现形式： （1）纵向磁致伸缩，是指沿着外磁场方向尺寸大小的相 对变化； （2）横向磁致伸缩，是指垂直于外磁场方向尺寸大小的 相对变化； （3）体积磁致伸缩，是指 铁磁体被磁化时其体积大小的相对变化。
磁致伸缩位移传感器的构造
位移传感器由两部分组成:一部分是套有活动磁铁的测 量杆;另一部分是位于测量杆上端的测量电路。 磁致伸缩位移传感器的结构如图1所示, 图中磁致伸缩 位移传感器主要包括以下几部分:波导丝、保护管套、移 动磁铁、电路板部分。测量管是整个传感器的核心传感 部分, 这一部分又包括:偏置磁铁、波导丝、保护管套、 末端衰减阻尼装置、非接触磁环、转换器输出。
磁致伸缩位移传感器的发展方向
磁致伸缩位移传感器已向着测量距离长、测量精度高的方 向发展。在材料方面 , 通过稀土超磁致伸缩材料的引入提高 敏感材料的磁致伸缩效应 , 融合多种超磁致伸缩材料的制备 方法获得成分均匀一致、强韧性、直径细小的敏感材料的制 备技术、在电路方面, 对于频率接近 100 MHz的不规则高速 微弱信号进行放大、滤波和可靠的识别, 并经过整形实现采 集的相关软硬件技术以及高精度时间检测技术等先进的技术 的突破, 将使得位移传感器具有更优良的性能。未来采用模 块化设计、模块化组装、数字化输出、抗强电磁干扰和温度 检测补偿等技术, 将使该类传感器成本大幅下降 , 性能显著 提高, 应用范围更加广泛。
磁致伸缩位移传感器的原理
磁致伸缩位移传感器工作过程基本上按如下3 个环节进行： （1）转波应变脉冲的产生：当有瞬时电流脉冲通过磁致伸缩 波导丝时，将产生一个环形磁场，该环形磁场与永久磁铁的 纵向磁场叠加，产生一个螺旋磁场；由于磁致伸缩周向效应， 该磁场在一定条件下将引起该波导丝磁化点瞬时扭转形变， 而且扭转应变的程度只与周向的波动磁场有关。 （2）扭转波的传播：扭转形变采用超声波的形式沿波导丝向 两边传播。 （3）扭转波的接受：利用逆磁致伸缩效应原理，用线圈把扭 转应变转换成电压信号，然后测试线圈的电势值。
磁致伸缩现象及机理
横向或纵向磁致伸缩统称为线磁致伸缩。磁致伸缩效 应与磁化过程存在一定的关系，只有在铁磁体磁化达 到饱和以后的顺磁过程中，体积磁致伸缩才能明显地 表现出来。当在极化条件下，磁晶体在受到外界交变 应力作用时，在其内部将产生一个交变的磁场。无论 是哪一种磁致伸缩，都是可逆的。其中主要的应用最 广泛的是纵向磁致伸缩效应，因此，一般所说的磁致 伸缩都是指纵向磁致伸缩。
位移传感器
2017/6/28
CONTENT
位移传感器的简介与原理
位移传感器种类
磁致伸缩位移传感器
1.温度传感器简介与原理
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金 属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被 测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的 测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。 按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分 为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性 型和结构型两种。
(4) 电感式
电感式传感器利用电磁感应将被测位移转换 成线圈的自感系数和互感系数的变化,再由电路 转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到 电量的转换。传感器分为自感式、互感式、电 涡流式三种。电感式传感器具有灵敏度和分辨 力高,能测出0.01微米的位移变化,传感器非线性 误差可达0.05%-0.1%。
温度传感器的原理
电位器式 电阻应变式 电感式 电容式 磁敏式 光电式 超声波位移传感器
(1) 电位器式
电位器位移传感器分为绕线电位器和非绕线电位器两 种: 绕线电位器一般由电阻丝烧制在绝缘骨架上,由电刷 引出与滑动点电阻对应的输入变化。电刷由待测量 位移部分拖动,输出与位移成正比的电阻或电压的变 化; 常见的非线绕式电位器位移传感器是在绝缘基片上 制成各种薄膜元件,如合成膜式、金属膜式、导电塑 料和导电玻璃釉电位器等。
(2) 电阻应变式
传感器是由弹性敏感元件和电阻应变片构成,当测 量杆随试件产生位移时,弹性敏感元件在感受到测量 杆变化而产生变形,其表面产生的应变与测量杆的位 移成线性关系。这种传感器具有线性好、分辨率较 高、结构简单和使用方便等特点,其位移测量范围较 小,通常在0.1μm-0.1mm 之间,测量精度小于2%,线 性度为0.1%-0.5%。
(3) 电容式
电容传感器通过位移来改变电容两个极板之间的 距离, 即将位移量转换成电容变化量进行测量的。 它具有功率小、阻抗高、动态特性好、可进行非接 触测量等优点;但是电容传感器存在寄生电容和分布 电容, 会影响测量精度, 且常用的变隙式电容传感器 存在测量量程小,存在非线性误差等缺点。一般使用 极距变化型电容式位移传感器和面积变化型电容式 位移传感器。
2.温度传感器种类及特点
根据运动方式
直线位移传感器： 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。 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。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的 轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感 器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。 唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太 多），否则你将无法检测到障碍物。
磁致伸缩现象及机理
磁致伸缩材料的主要特性有： （1）维拉里（Villari）效应：即逆磁致伸缩现象，是指给磁性 体施加外力作用，其磁化强度发生变化，可用于制作磁致伸缩 传感器。 （2）焦耳（Joule）效应：磁性体被磁化时，其长度发生变化， 可用来制作磁致伸缩制动器。 （3）威德曼（Viedemann）效应：当有电流通过有适当磁路的 磁性体时，磁性体发生扭曲变形，可用于扭转马达。 （4）dE 效应：杨氏模量随磁场变化而变化，可用于声延迟线。 （5）Anti-Viedemann 效应：使磁性体发生扭曲，且在二次线 圈中产生电流，可用于扭转传感器。 （6）Jump效应：当外加预应力时，磁致伸缩随外场而发生跃 变式增加，磁化率相应改变。
பைடு நூலகம்致伸缩位移传感器的应用
(1) 液位测量 液位计出厂时按用户提供的上、下介质密度确定浮子重 量,测量时浮子浮在界面上, 所受浮力与重力相等, 以此计 算出界面位置。图1 为磁致伸缩液位计测量容器液位示 意图
(2) 在液压缸中的应用 磁致伸缩位移传感器应用在需要对液压缸进行精确控制 的场合,可以实现对液压缸位置进行测量,从而实现远程控制。 图2 为磁致伸缩测量装置。