位移传感器的技术发展现状与发展趋势

位移传感器的技术发展现状与发展趋势姓名：xx专业班级：电气工程及其自动化学号：1111111111一、国外发展现状：伴随着各国航空航天、船舶等军事领域，及工业控制和农业现代化的不断发展，对位移传感器的需求量也不断上升，同时要求位移传感器不断地进行技术革新，不断地有新技术、新材料的运用，以满足不同场合、不同环境条件的需求。自从导电塑料这种特殊的材料偶然发现以来，随着研究的不断深入，其应用也越来越广泛。２１世纪初，德国、日本和美国就开始将其用在精密角度传感器中作为敏感材料，将其制成电阻膜，使老式的传感器式角度传感器的结构大为精简，克服了传统的绕线式电位器位移传感器的分辨力差、摩擦阻力大和碳膜式电位器位移传感器的电噪声大、耐磨性差、使用寿命短的不足。输出精度大大提高，且具备极强的抗噪声能力和超长的机械寿命，被广泛应用于雷达、导弹、火炮等军事设备中，并已经拓展到民用领域。德国ＶＯＬＦＡ位移传感器的测量长度为５０～１０００ｍｍ，重复性为±０．０１３ｍｍ，线性为±０．０５％，寿命长为５０００万次（最高），噪声低，无断解像度。ＬＶＤＴ式位移传感器由于其结构简单、抗恶劣环境好、工作稳定可靠等优点，而一直受到位移传感器使用者们的青睐。随着近３０年ＯＥＭ技术在传感器研制上的应用和ＬＶＤＴ信号处理电路如ＡＤ６９８等的不断开发，使得传感器正在逐渐向集成化、小型化和智能化发展。德国的米铱Ｍｉｃｒｏ－Ｅｐｓｉｌｏｎ、美国的Ｓｃｈａｅｖｉｔｚ、英国Ｍｉｃｒｏ－Ｅｐｓｉｌｏｎ等国际公司在ＬＶＤＴ传感器行业走在了前列，其最高精度可达０．０５％，绝对误差１ｕｍ，重复性０．１ｕｍ；二、国内发展现中国也有阜新祥锐传感器有限责任公司、上海鑫杰传感测控科技有限公司、北京汇金祥科技有限公司、合肥硕锋电子科技有限公司等多家单位生产ＬＶＤＴ传感器，且技术成熟，并已不断开发出一体化、小型化的该类传感器。近几年，采用了高科技材料和先进电子处理技术的磁致伸缩式位移传感器，由于其测量范围大（８０～５０００ｍ）、敏感元件无直接接触、可在高温高压和高振荡等极恶劣的工业环境中工作，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响等优势，而被越来越多地用到工业自动控制的液位、位置、位移测量。在国外，美国ＭＴＳ磁致伸缩位移传感器等公司生产的磁致伸缩位移传感器走在前列，其非线性为０．０５％ＦＳ，重复性为０．００２％ＦＳ，迟滞最大为０．００１ｉｎ；美国ＲＥＮＹＷＥＬＬ公司又最新开发了基于该原理的非接触绝对位移传感器，采用ＤＵＡＬＷＡＶＥＰＵＬＳＥ专利技术，将电磁感应、磁致伸缩效应、差动补偿原理、误差平均效应和模块化设计有机结合，显著提高信噪比，降低工艺要求，实现大批量快速生产。在国内，北京航天金泰星测技术有限公司自１９９６年开始此时伸缩技术研究，生产的传感器已达到该类产品国际水平。三、位移传感器的发展意义1、研究意义及价值位移传感器的应用已经得到了广泛的发展，几乎可以用于各个领域的位移、位置、行程的自动测量和自动控制，以及测量预先被变成位移的各种物理量，比如：伸缩、膨胀、差压、振动、应变、流量、厚度、重量等等。（1）磁致伸缩位移传感器的应用：A、液位测量在化工企业中用磁致伸缩液位计精确测量同一容器内两种介质界面的实例。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。B、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1为磁致伸缩测量装置图1磁致伸缩测量装置（2）电涡流式位移传感器的典型应用:国内的上海航振仪器仪表有限责任公司、株洲中航科技发展有限公司等单位提供的电涡流式位移传感器已应用于电力、石油、化工、冶金等行业，对汽轮机、水轮机、发电机、鼓风机、压缩机、齿轮箱等大型旋转机械的轴的径向振动、轴向位移、鉴相器、轴转速、胀差、偏心、油膜厚度等进行在线测量和安全保护，以及转子动力学研究和零件尺寸检验等方面。图３为电涡流传感器的一些典型应用示意。（3）激光位移传感器的应用激光位移传感器是一种非接触式的精密激光测量系统，它具有适应适应性强、速度快、精度高等特点，适用于检测各种回转体、箱体零件的尺寸和形位误差等。。图2为东莞速美达自动化有限公司的ＨＬ－Ｃ２激光位移传感器用于硬盘晃动检查、连接器脚针高度检查、玻璃基板平面度检查。图2ＨＬ－Ｃ２激光位移传感器2、研究内容基本观点重要依据传感器技术是现代科技的前沿技术，是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术，是现代信息技术的三大支柱之一。位移是指物体位置对参考点产生的偏移量，是指物体相对于某参考坐标系一点的距离的变化量，它是描述物体空间位置变化的物理量。位移传感器又称为线性传感器，是将位移转换成电量的传感器。3、主要结论对策建议位移传感器的发展经历了两个阶段，经典位移传感器阶段和半导体位移传感器阶段。２０世纪８０年代以前，人们以经典电磁学为理论基础，把不便于定量检测和处理的位移、位置、液位、尺寸、流量、速度、振动等物理量转换为易于定量检测、便于作信息传输与处理的电学量［２］。近２０年来，位移传感器种类繁多，应用领域不断扩大，同时有越来越多的创新技术被运用到传感器中，如基于ＯＥＭ的ＬＶＤＴ（ＬｉｎｅｒＶａｒｉａｂｌｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＴｒａｎｆｏｒｍｅｒ）［３，４］技术、超声波技术、磁致伸缩技术、光纤技术、时栅技术［５］等，位移传感器技术已取得了突破性进展。由于技术的进步，使得各种传感器性能大幅度提高，成本大幅度降低，从而极大地扩展了应用范围，形成了一个高速增长的产业。4、主要特色和创新之处位移传感器同其他传感器一样，其发展的总趋势就是利用新材料、新工艺实现微型化、集成化、智能化，利用新原理、新方法实现更多种类的信息获取，辅以先进的信息处理技术提高传感器的各项技术指标，以适应更广泛的应用需求。（1）型化各种控制仪器设备的功能越来越多，要求各个部件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料和加工技术。近年来，随着微电子技术和微机械加工技术的日趋成熟，传感器制作技术进入了一个展新阶段。微电子技术和微机械加工技术相结合，器件结构从二维到三维，实现了进一步微型化、低功耗。（2）集成化集成传感器的优势是传统传感器无法达到的，它不仅是一个简单的传感器，而且将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上，使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能，可降低成本、增加产量。把传感器、信号调节电路、单片机集成在一个芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器已经成为一个新的发展趋势。（3）智能化智能化传感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，它兼有检测、判断和信息处理功能，与传统传感器相比有很多优点，具有判断和信息处理功能，可实现多传感器、多参数测量，有自检、自校和自诊断功能，测量数据可存取，且具有数据通信接口，能与微型计算机直接通信。智能化传感器已从传统传感器的单一功能、单一检测向多功能和多变量检测方向发展，它的准确度、稳定性和可靠性都是传统传感器不可比拟的。（4）无线网络化无线传感器网络是当前国际上备受关注的、多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。5、存在的问题与今后的研究设想Ｐｒｏｆｉｂｕｓ技术从２００８年开始已成功应用于多线切割机，特别是在多线切方机系列产品的控制系统中，现场设备的控制全部采用了Ｐｒｏｆｉｂｕｓ技术，包括西门子的伺服驱动装置、通用变频器、德国科隆质量流量计、分布ＩＯ模块等，得到了用户的高度评价。尤其是与传统集中控制比较，从系统设计、安装调试、维护及扩展上，现场总线技术的优势十分明显。四、结束语目前以美国德国所生产的位移传感器走在前列，具有寿命长、适用范围广、适于高温高压和强振动等一系列极其恶劣的情况下还能够高准确测量等特点，且各种位移传感器都在向着高速度、高精度、多功能、多参数、小尺寸的方向发展，已被各军事、工业、农业市场所接受，广泛应用于机械、电力、发电厂、航空航天、冶金、煤炭、石油、铁路、交通、轻工、纺织、建材、水利等行业的工矿企业、科研院所、大专院校、军工单位产品开发与应用的自动测量与自动控制。