位移检测技术

报告人：XXXXX年XX月XX日位移检测技术简介Content(目录)发展状况分类性能比较位移传感器的发展状况•位移检测技术经过多年发展已经相当成熟,各种位移传感器也出现在人们的视野里。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；近年来,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位移传感器技术已取得了突破性进展。1.电位器位移传感器•电位器位移传感器分绕线电位器和非绕线电位器2种:1）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;•2）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.电阻应变式位移传感器•原理：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,并使附着其上的电阻应变计一起变形，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%。构成：测量杆、弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳。电阻应变式位移传感器图1一种电阻应变式直线位移传感器3.电容式位移传感器图2电容式位移传感器示意图原理：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。优点：功率小、阻抗高、动态特性好、可进行非接触测量等。缺点：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。4.电感位移传感器•原理：利用传感器线圈的电感变化来检测位移变化特点：1）结构简单，工作可靠，寿命长，性能良好，适于恶劣环境使用。2)接触式测量；3)频响不高，不适合高频测试4)测量范围仅零点几毫米（测微仪）5)线性度：0.5%，0.1%，0.05%，0.02%；6)精确度：0.1μm~0.01μm,1nm电感位移传感器•分类：自感式和互感式1）自感式构成：线圈、铁芯、衔铁原理：衔铁随被测量上下移动时，磁路磁阻随之变化，引起线圈电感量变化，然后由测量电路转换成与位移成比例的电量输出。电感位移传感器2）互感式类似变压器，但开磁路，两个次级线圈以差分方式工作，又称差分变压器。5.磁敏式位移传感器磁敏式传感器包含有磁致伸缩式、霍尔式、磁栅式、感应同步器。1）磁致伸缩式磁致伸缩线性位移(液位)传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环(浮球)组成。测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)。工作时,由电子仓内的电子电路产生一起始脉冲,此起始脉冲在波导丝中传输时,同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场。当这个磁场与磁环(浮球)中的永久磁场相遇时,产生磁致伸缩效应,使波导丝发生扭动,产生扭动脉冲。这一扭动脉冲被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲,通过电子电路计算出两脉冲起始和返回之间的时间差,即可精确测出被测的位置或位移。磁敏式位移传感器磁致伸缩液位计测量容器液位示意图磁敏式位移传感器2）磁栅式磁栅式位移传感器是一种测量位移的数字传感器,它是在非磁性体的平整面上镀一层磁性薄膜,并用录制磁头沿长度方向按一定的节距K录上磁性刻度线而构成的,因此又把磁栅称为磁尺。磁栅可分为单面型直线磁栅、同轴型直线磁栅和旋转型磁栅等。磁栅主要用于大型机床和精密机床的位置或位移量的检测元件。6.光电式位移传感器光电式位移传感器包含有光栅式、光纤式、激光式激光位移传感器是基于激光光三角原理设计和制造的。如图所示,由半导体激光机发出波长为670nm的激光光束,经过发射光学系统后会聚在被测物体表面,形成漫反射。该漫反射像经过接收光学系统后成像在CCD上,并被转换成电信号。当被测面相对传感器在Y方向移动时,漫反射像也将移动,在CCD光敏面上的成像必将跟着移动位置,这样即输出不同的电信号，实现了位移信号到电信号的转换。7.超声波位移传感器它是利用超声波在两种介质分界面上的反射特性而制作的。当已知从发射超声波脉冲开始时间到接收换能器接收到发射波为止的这个时间间隔,就可以计算出位移或物位。各类传感器性能比较类型测量范围精确度线性度特点电位器式绕线式1mm~300mm0.1%±0.1%结构简单，使用简单，存在摩擦和磨损非绕线式1mm~1000mm0.5%±0.5%分辨率低，噪声大，机械结构牢固电阻应变式0.1μm~0.1mm＜2%0.1%~0.5%线性好，分辨率高。但对温度敏感、测量范围小自感式±25μm~±50mm0.1μm精度高、灵敏度高。但频响低电容式1μm~10mm0.005%±1%分辨率高、易受温度湿度变化影响光栅1μm~10m3μm/m分辨率高磁栅1m~20m5μm/m工作速度快激光式20m分辨率0.2μm各类传感器性能比较每种位移传感器在结构、分辨率、精度、灵敏度、测量范围、抗干扰能力等方面都有其特点。因此，在实际工程设计中，我们要综合考虑各方面的因素之后再选择最合适的传感器。参考文献【1】刘焱，王烨.位移传感器的技术发展现状与发展趋势.[J]自动化技术与应用，2013,32（6）：76-80.【2】昌学年,姚毅,闫玲.位移传感器的发展及研究[J].计量与测试技术,2009,36(9):42-44.【3】王世峰，赵馨等.激光位移传感器数据采集技术[J].传感器与仪器仪表，1008-0570(2008)02-1-0137-03.