人們以經(jīng)典電磁學(xué)為理論基礎(chǔ),把不便于定量檢測(cè)和處理的位移,、位置、液位,、尺寸、流量,、速度,、振動(dòng)等物理量轉(zhuǎn)換為易于定量檢測(cè)、便于作信息傳輸與處理的電學(xué)量,。這就是在生產(chǎn)生活中被廣泛應(yīng)用的位移傳感器,。

位移傳感器

位移傳感器又稱(chēng)為線(xiàn)性傳感器，是一種屬于金屬感應(yīng)的線(xiàn)性 器件,，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量,。位移是和物體的位置在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的,。小位移通常用應(yīng)變式,、電感式、差動(dòng)變壓器式,、渦流式,、霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)，大的位移常用感應(yīng)同步器,、光柵,、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來(lái)測(cè)量,。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,、精度高（目前分辨率可達(dá)到納米級(jí)）、抗干擾能力強(qiáng),、沒(méi)有人為讀數(shù)誤差,、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn),，在機(jī)床加工,、檢測(cè)儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。

位移傳感器的分類(lèi)及原理

按工作原理分：

電位器式位移傳感器

它通過(guò)電位器元件將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線(xiàn)性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出,。普通直線(xiàn)電位器和圓形電位器都可分別用作直線(xiàn)位移和角位移傳感器,。但是，為實(shí)現(xiàn)測(cè)量位移目的而設(shè)計(jì)的電位器,，要求在位移變化和電阻變化之間有一個(gè)確定關(guān)系,。電位器式位移傳感器的可動(dòng)電刷與被測(cè)物體相連。

物體的位移引起電位器移動(dòng)端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值,，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向,。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出,。線(xiàn)繞式電位器由于其電刷移動(dòng)時(shí)電阻以匝電阻為階梯而變化,，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種位移傳感器在伺服系統(tǒng)中用作位移反饋元件,，則過(guò)大的階躍電壓會(huì)引起系統(tǒng)振蕩,。因此在電位器的制作中應(yīng)盡量減小每匝的電阻值。電位器式傳感器的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是易磨損,。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，輸出信號(hào)大，使用方便,，價(jià)格低廉,。

磁致伸縮位移傳感器

磁致伸縮位移傳感器，通過(guò)內(nèi)部非接觸式的測(cè)控技術(shù)檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的位置來(lái)測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值的,。

是利用磁致伸縮原理,、通過(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管,，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的,。測(cè)量過(guò)程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸,，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個(gè)圓周磁場(chǎng),，當(dāng)該磁場(chǎng)和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動(dòng)磁環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)，由于磁致伸縮的作用,，波導(dǎo)管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào),，這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測(cè)到,。

這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時(shí)間和活動(dòng)磁環(huán)與電子室之間的距離成正比,，通過(guò)測(cè)量時(shí)間，就可以高度確定這個(gè)距離,。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的值,而不是比例的或放大處理的信號(hào),所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況,更無(wú)需定期重標(biāo),。

磁致伸縮位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程位置測(cè)量的位移傳感器,。它采用內(nèi)部非接觸的測(cè)量方式,，由于測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸，不至于被摩擦,、磨損,，因而其使用壽命長(zhǎng),、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高,，安全性好,，便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下(如容易受油潰,、塵埃或其他的污染場(chǎng)合),，也能正常工作,。傳感器采用了高科技材料和*的電子處理技術(shù)，因而它能應(yīng)用在高溫,、高壓和高振蕩的環(huán)境中,。傳感器輸出信號(hào)為位移值，即使電源中斷,、重接,，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，更無(wú)須重新歸零,。由于敏感元件是非接觸的,，就算不斷重復(fù)檢測(cè)，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損,，可以大大地提高檢測(cè)的可靠性和使用壽命,。行程可達(dá)3米或更長(zhǎng)，標(biāo)稱(chēng)精度為0.05% F·S,，行程1米以上傳感器精度可達(dá)0.02% F.S,，重復(fù)性可達(dá)0.002% F·S，因此它得到廣泛的應(yīng)用,。

按運(yùn)動(dòng)方式分

直線(xiàn)位移傳感器

直線(xiàn)位移傳感器的功能在于把直線(xiàn)機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào),。為了達(dá)到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位,，通過(guò)滑片在滑軌上的位移來(lái)測(cè)量不同的阻值,。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過(guò)微安培的小電流,，滑片和始端之間的電壓,，與滑片移動(dòng)的長(zhǎng)度成正比。將傳感器用作分壓器可大限度降低對(duì)滑軌總阻值的要求,，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚底兓粫?huì)影響到測(cè)量結(jié)果,。

角度位移傳感器

角度位移傳感器應(yīng)用于障礙處理：使用角度傳感器來(lái)控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡(jiǎn)單：如果馬達(dá)角度傳感器構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn),，而齒輪不轉(zhuǎn),，說(shuō)明你的機(jī)器已經(jīng)被障礙物給擋住了,。此技術(shù)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，而且非常有效,；要求就是運(yùn)動(dòng)的輪子不能在地板上打滑（或者說(shuō)打滑次數(shù)太多）,，否則你將無(wú)法檢測(cè)到障礙物。一個(gè)空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達(dá)上就可以避免這個(gè)問(wèn)題,，這個(gè)輪子不是由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而是通過(guò)裝置的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它：在驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中,，如果惰輪停止了，說(shuō)明你碰到障礙物了,。

按檢測(cè)材質(zhì)分

霍耳式位移傳感器

它的測(cè)量原理是保持霍耳元件（見(jiàn)半導(dǎo)體磁敏元件）的激勵(lì)電流不變,，并使其在一個(gè)梯度均勻的磁場(chǎng)中移動(dòng)，則所移動(dòng)的位移正比于輸出的霍耳電勢(shì),。磁場(chǎng)梯度越大,，靈敏度越高；梯度變化越均勻,，霍耳電勢(shì)與位移的關(guān)系越接近于線(xiàn)性,。圖2中是三種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)：a系統(tǒng)的線(xiàn)性范圍窄，位移Z=0時(shí),，霍耳電勢(shì)≠0,；b系統(tǒng)當(dāng)Z<2毫米時(shí)具有良好的線(xiàn)性，Z=0時(shí),，霍耳電勢(shì)=0,；c系統(tǒng)的靈敏度高，測(cè)量范圍小于1毫米,。圖中N,、S分別表示正、負(fù)磁極,?；舳轿灰苽鞲衅鞯膽T性小、頻響高,、工作可靠,、壽命長(zhǎng)，因此常用于將各種非電量轉(zhuǎn)換成位移后再進(jìn)行測(cè)量的場(chǎng)合,。

光電式位移傳感器

它根據(jù)被測(cè)對(duì)象阻擋光通量的多少來(lái)測(cè)量對(duì)象的位移或幾何尺寸,。特點(diǎn)是屬于非接觸式測(cè)量，并可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,。光電式位移傳感器常用于連續(xù)測(cè)量線(xiàn)材直徑或在帶材邊緣位置控制系統(tǒng)中用作邊緣位置傳感器,。

位移傳感器的選型

位移傳感器的選型，要滿(mǎn)足下列指標(biāo)的要求：

1,、靈敏度方面的技術(shù)指標(biāo)

對(duì)于一個(gè)儀器來(lái)說(shuō),，一般都是靈敏度越高越好的,，因?yàn)樵届`敏，對(duì)周?chē)h(huán)境發(fā)生的加速度的變化就越容易感受到,，加速度變化大,，很自然地，輸出的電壓的變化相應(yīng)地也變大,，這樣測(cè)量就比較容易方便,，而測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)也會(huì)比較的。

2,、零點(diǎn)溫度

環(huán)境溫度的變化引起的零點(diǎn)平衡變化,。一般以溫度每變化10℃時(shí)，引起的零點(diǎn)平衡變化量對(duì)額定輸出的百分比來(lái)表示,，即傳感器不受壓時(shí)的輸入由溫度變更引起的漂移,。

3,、帶寬方面的技術(shù)指標(biāo)

帶寬指的的是傳感器可以測(cè)量的有效的頻帶,，比如，一個(gè)傳感器有上百HZ帶寬的就可以測(cè)量振動(dòng)了,，一個(gè)具有五十HZ帶寬的傳感器就可以有效測(cè)量?jī)A角了,。

4、輸出方式的技術(shù)指標(biāo)

數(shù)字輸出和模擬輸出兩種方式,。數(shù)字式傳感器向儀表輸入的是數(shù)字信號(hào),，如數(shù)量、重量等,；模擬式傳感器向儀表輸入的是模擬量信號(hào),，如電壓、電流等,。

5,、量程方面的技術(shù)指標(biāo)

測(cè)量不一樣的事物的運(yùn)動(dòng)所需要的量程都是不一樣的，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)衡量,。

6,、極限過(guò)載

傳感器能承受的不使其喪失工作能力的大負(fù)荷。意思是當(dāng)工作超過(guò)此值時(shí),，傳感器將會(huì)受到損壞,。

7、傳感器增益

就是傳感器的原始信號(hào)輸出放大倍率,。

常見(jiàn)故障及排障方法

直線(xiàn)位移傳感器的工作原理是跟滑動(dòng)變阻器一樣的,，它作為分壓器使用的，它是以相對(duì)的輸出電壓來(lái)呈現(xiàn)出所測(cè)量位置的實(shí)際上的位置,。 

1,、如果電子尺已經(jīng)使用很長(zhǎng)時(shí)間了,，而且密封已經(jīng)老化，同時(shí)夾雜著很多雜質(zhì),，而且水混合物和油會(huì)嚴(yán)重影響電刷的接觸電阻的,，這樣會(huì)使顯示的數(shù)字不停地跳動(dòng)。這個(gè)時(shí)候可以說(shuō)直線(xiàn)位移傳感器的電子尺已經(jīng)損壞了,，需要更換,。

2、若電源的 容量很小,，就會(huì)出現(xiàn)很多情況的：熔膠的運(yùn)動(dòng)會(huì)使合模電子尺的顯示變換,，有波動(dòng)，或 者合模的運(yùn)動(dòng)會(huì)使射膠電子尺的顯示波動(dòng),，造成測(cè)量結(jié)果誤差很大,。如果電磁閥的驅(qū)動(dòng)電源于電子尺供電電源同時(shí)在一起的時(shí)候，更容易出現(xiàn)以上的情況,，情況嚴(yán)重 時(shí)用萬(wàn)用表的電壓檔甚至可以測(cè)量到電壓的有關(guān)波動(dòng),。如果情況不是因?yàn)楦哳l干擾、靜電干擾或者是中性不夠好的造成的,，那么就有可能是電源的功率太小造成的,。

3、調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線(xiàn)位移傳感器的電子尺的顯示數(shù)字跳動(dòng)的,。電子尺的信號(hào)線(xiàn)與設(shè)備的強(qiáng) 電線(xiàn)路要分開(kāi)線(xiàn)槽,。電子尺必須要強(qiáng)制性地使用接地支架，而且同時(shí)讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸,。信號(hào)線(xiàn)需要使用屏蔽線(xiàn),，而且電箱的一段應(yīng)該跟屏蔽線(xiàn)接地 的。如果有高頻干擾的時(shí)候,，通常使用萬(wàn)用表的電壓測(cè)量就會(huì)顯示正常,，但是顯示數(shù)字就是會(huì)跳動(dòng)不停的；而出現(xiàn)靜電干擾時(shí),，出現(xiàn)的情況也是跟高頻干擾一樣的,。

要證明看是否是靜電干擾時(shí)，可以先使用一段電源線(xiàn)把電子尺的封蓋螺絲跟機(jī)器上的某一些的金屬短接起來(lái)就可以了,，只要一短接起來(lái),，靜電干擾就會(huì)馬上消除掉 的。但是如果要消除掉高頻干擾就很難用上面的方法了,，變頻節(jié)電器和機(jī)器手都經(jīng)常出現(xiàn)高頻干擾的,，所以可以試一下用停止高頻節(jié)電器或者機(jī)械手的方法來(lái)驗(yàn)證是 不是高頻干擾的。

4,、如果直線(xiàn)位移傳感器的電子尺在工作的過(guò)程當(dāng)中,，在某一點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動(dòng),，或者是沒(méi)有顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候，出現(xiàn)這種情況就需要檢查連接線(xiàn)絕緣是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象,，并且跟機(jī)器的外殼很有規(guī)律地接觸而導(dǎo)致的對(duì)地短路,。

5、供電的電壓一定要穩(wěn)定,，工業(yè)的電壓需要符合±0.1[%]的穩(wěn)定性,，例如，基準(zhǔn)電壓是10V的話(huà),， 就可以允許有±0.01V的波動(dòng)變化,，如果不是的話(huà)，就會(huì)引起顯示的圈套波動(dòng)這樣的情況,。但是如果這個(gè)時(shí)候的顯示波動(dòng)的幅度沒(méi)有超過(guò)波動(dòng)電壓的波動(dòng)的幅度 的話(huà),，那么電子尺就是正常的了。

6,、安裝直線(xiàn)位移傳感器的對(duì)中性需要很好,，但是平行度可以允許有±0.5mm的誤差，角度可以允許有±12°的誤差,。但是如果平行度誤差和角度誤差都是偏大的話(huà),，這樣會(huì)出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動(dòng)的情況,。那么出現(xiàn)這樣的情況的時(shí)候,，必須要對(duì)平行度和角度進(jìn)行調(diào)整了。

7,、在連接的過(guò)程當(dāng)中,，一定要多加注意，電子尺的三條線(xiàn)是不可以接錯(cuò)的,，電源線(xiàn)和輸出線(xiàn)是不可以調(diào)換的,。如果上面的線(xiàn)接錯(cuò)的話(huà)，就會(huì)出現(xiàn)線(xiàn)性誤差很大的情況,，要控制的話(huà)是很難的,，控制的精度也會(huì)變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動(dòng)的現(xiàn)象等等,。

位移傳感器種類(lèi)繁多,，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,同時(shí)有越來(lái)越多的創(chuàng)新技術(shù)被運(yùn)用到傳感器中，如基于 OEM 的 LVDT技術(shù),、超聲波技術(shù),、磁致伸縮技術(shù)、光纖技術(shù),、時(shí)柵技術(shù)等,，位移傳感器技術(shù)已取得了突破性進(jìn)展,。由于技術(shù)的進(jìn)步，使得各種傳感器性能大幅度提高,，成本大幅度降低,，從而擴(kuò)展了應(yīng)用范圍，形成了一個(gè)高速增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè),。