分分鐘掌握位移傳感器的分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)！

位移傳感器是把物體的運動(dòng)位移轉換成可測量的電學(xué)量一種裝置。通常用于把不便于定量檢測和處理的位移、位置、形變、振動(dòng)、尺寸等物理量轉換為易于定量檢測、便于作信息傳輸與處理的電學(xué)量。

位移是和物體的位置在運動(dòng)過(guò)程中的移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測量方式所涉及的范圍是相當廣泛的。小位移通常用應變式、電感式、差動(dòng)變壓器式（LVDT）、渦流式、霍爾傳感器來(lái)檢測，大的位移常用感應同步器、光柵、容柵、磁柵、磁致伸縮式等傳感技術(shù)來(lái)測量。其中磁致伸縮位移傳感器因具有易實(shí)現數字化、精度高、抗干擾能力強、適應惡劣環(huán)境、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機床加工、檢測儀表等行業(yè)中得到廣泛的應用。

一、位移傳感器的分類(lèi)及原理

1、按工作原理分：

（1）電位器式位移傳感器

它通過(guò)電位器元件將機械位移轉換成與之成線(xiàn)性或任意函數關(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)現測量位移目的而設計的電位器，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，以把電阻變化轉換為電壓輸出。

① 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中用作位移反饋元件，則過(guò)大的階躍電壓會(huì )引起系統振蕩。因此在電位器的制作中應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：結構簡(jiǎn)單，輸出信號大，使用方便，價(jià)格低廉。

② 導電塑料位移傳感器：用特殊工藝將DAP（鄰苯二甲酸二稀丙脂）電阻漿料覆在絕緣機體上，加熱聚合成電阻膜，或將DAP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內形成的實(shí)心體作為電阻體。特點(diǎn)是：平滑性好、分辯力優(yōu)異耐磨性好、壽命長(cháng)、動(dòng)噪聲小、可靠性極高、耐化學(xué)腐蝕。用于宇宙裝置、導彈、飛機雷達天線(xiàn)的伺服系統等。

③ 金屬玻璃鈾位移傳感器：用絲網(wǎng)印刷法按照一定圖形，將金屬玻璃鈾電阻漿料涂覆在陶瓷基體上，經(jīng)高溫燒結而成。特點(diǎn)是：阻值范圍寬，耐熱性好，過(guò)載能力強，耐潮，耐磨等都很好，是很有前途的電位器品種，缺點(diǎn)是接觸電阻和電流噪聲大。

④ 金屬膜位移傳感器：金屬膜電位器的電阻體可由合金膜、金屬氧化膜、金屬箔等分別組成。特點(diǎn)是分辨力高、耐高溫、溫度系數小、動(dòng)噪聲小、平滑性好?！?/span>

優(yōu)點(diǎn)：便宜，結構簡(jiǎn)單、輸出精度較高、線(xiàn)性和穩定性好等特點(diǎn)。滯后、蠕變小，

缺點(diǎn)：外界環(huán)境變化較大時(shí)對傳感器影響大，如溫度等影響較大，分辨率不高。

（2）磁致伸縮位移傳感器

磁致伸縮位移傳感器，通過(guò)內部非接觸式的測控技術(shù)精確地檢測活動(dòng)磁環(huán)的絕對位置來(lái)測量被檢測產(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)應變脈沖信號來(lái)準確地測量位置的。測量元件是一根波導管，波導管內的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。

測量過(guò)程是由傳感器的電子室內產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導管內傳輸，從而在波導管外產(chǎn)生一個(gè)圓周磁場(chǎng)，當該磁場(chǎng)和套在波導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，波導管內會(huì )產(chǎn)生一個(gè)應變機械波脈沖信號，這個(gè)應變機械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測到。

這個(gè)應變機械波脈沖信號在波導管內的傳輸時(shí)間和活動(dòng)磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過(guò)測量時(shí)間，就可以高度精確地確定這個(gè)距離。由于輸出信號是一個(gè)真正的絕對值,而不是比例的或放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,更無(wú)需定期重標。

磁致伸縮位移傳感器是根據磁致伸縮原理制造的高精度、長(cháng)行程絕對位置測量的位移傳感器。它采用內部非接觸的測量方式，由于測量用的活動(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(cháng)、環(huán)境適應能力強，可靠性高，安全性好，便于系統自動(dòng)化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下(如容易受油潰、塵?；蚱渌奈廴緢?chǎng)合)，也能正常工作。

傳感器采用了高科技材料和先進(jìn)的電子處理技術(shù)，因而它能應用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號為絕對位移值，即使電源中斷、重接，數據也不會(huì )丟失，更無(wú)須重新歸零。

由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復檢測，也不會(huì )對傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測的可靠性和使用壽命。行程可達5米或更長(cháng)，標稱(chēng)精度為0.05% F·S，行程1米以上傳感器精度可達0.02% F.S，重復性可達0.002% F·S，因此它得到廣泛的應用。

優(yōu)點(diǎn)：高可靠性、高分辨率、耐油抗污、非接觸的測量方式，使用壽命長(cháng)、環(huán)境適應能力強，安全性好；即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，也能正常工作，對各種運動(dòng)部件的位移（位置）、速度進(jìn)行連續、精確、實(shí)時(shí)的檢測。此外，它還能承受高溫、高壓和強振動(dòng)。

缺點(diǎn)：容易搜磁場(chǎng)干擾，不能與導磁材料一起使用

（3）光柵式位移傳感器

光柵式位移傳感器傳感器指采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。光柵是在一塊長(cháng)條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線(xiàn)，刻線(xiàn)密度為 10～100線(xiàn)/毫米。由光柵形成的疊柵條紋具有光學(xué)放大作用和誤差平均效應，因而能提高測量精度。

傳感器由標尺光柵、指示光柵、光路系統和測量系統四部分組成。標尺光柵相對于指示光柵移動(dòng)時(shí)，便形成大致按正弦規律分布的明暗相間的疊柵條紋。這些條紋以光柵的相對運動(dòng)速度移動(dòng)，并直接照射到光電元件上，在它們的輸出端得到一串電脈沖，通過(guò)放大、整形、辨向和計數系統產(chǎn)生數字信號輸出，直接顯示被測的位移量。

傳感器的光路形式有兩種：一種是透射式光柵，它的柵線(xiàn)刻在透明材料（如工業(yè)用白玻璃、光學(xué)玻璃等）上；另一種是反射式光柵，它的柵線(xiàn)刻在具有強反射的金屬（不銹鋼）或玻璃鍍金屬膜（鋁膜）上。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是量程大和精度高。

光柵式傳感器應用在程控、數控機床和三坐標測量機構中，可測量靜、動(dòng)態(tài)的直線(xiàn)位移和整圓角位移。在機械振動(dòng)測量、變形測量等領(lǐng)域也有應用。

優(yōu)點(diǎn)：檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快

缺點(diǎn)：接觸式的量，測量速度一般為1.5m/s以?xún)?，只能用于靜態(tài)測量。

（4）LVDT位移傳感器

LVDT位移傳感器是線(xiàn)性差動(dòng)變壓式位移傳感器的簡(jiǎn)稱(chēng)，LVDT位移傳感器工作原理是，在一個(gè)空心的骨架上饒了3組線(xiàn)圈，一組初級線(xiàn)圈兩組次級線(xiàn)圈，當給初級線(xiàn)圈通電時(shí)空心的骨架內會(huì )形成一個(gè)磁場(chǎng)，在一個(gè)導磁的鐵芯插入中空的骨架里面時(shí)，由于切割磁感應線(xiàn)原理兩個(gè)次級線(xiàn)圈會(huì )形成一個(gè)微弱的交流電壓，當鐵芯移動(dòng)到某個(gè)次級線(xiàn)圈的位置多一點(diǎn)時(shí)這個(gè)次級線(xiàn)圈輸出的電壓相對于另一個(gè)線(xiàn)圈的電壓要要大一些，按照搞這個(gè)規律把兩個(gè)次級線(xiàn)圈輸出的電壓值經(jīng)過(guò)放大，再把兩個(gè)電壓值相減，得出一個(gè)差值，這個(gè)差值與鐵芯在空心骨架里面移動(dòng)位移是成正比例線(xiàn)性關(guān)系的，這個(gè)差值再經(jīng)過(guò)處理可以處理成-5V、0-10V、4-20mA等模擬量信號或者M(jìn)odbus SSI等數字量信號，也是我們使用的LVDT正常輸出的信號。

優(yōu)點(diǎn)：非接觸原理，使用壽命長(cháng)；響應速度快；高線(xiàn)性度；重復性好；很寬的量程覆蓋范圍；低故障/功耗低/輸入、輸出的多樣性；動(dòng)態(tài)特性好，可用于高速在線(xiàn)檢測，進(jìn)行自動(dòng)測量，自動(dòng)控制；可在潮濕，粉塵等惡劣環(huán)境下使用；特殊條件下可工作，如耐高壓，高溫，耐輻射，全密土封在水下工作；能承受沖擊達150g/11ms ，振動(dòng)頻率2KHZ加速度20g；體積小，價(jià)格低，性能價(jià)格比高。

缺點(diǎn)：對于超大行程來(lái)說(shuō)(超過(guò)1米)，生產(chǎn)難度大，傳感器和拉桿之和長(cháng)度將達2米以上，使用不方便，且線(xiàn)性度也不高。

（5）激光位移傳感器

激光位移傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成的測量?jì)x表。能夠精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化?？梢詼y量位移、厚度、振動(dòng)、距離、直徑等精密的幾何測量。

優(yōu)點(diǎn)：激光有線(xiàn)性度度好的優(yōu)良特性，同樣激光位移傳感器相對于我們已知的超聲波傳感器有更高的精度。

缺點(diǎn)：激光的產(chǎn)生裝置相對比較復雜且體積較大，因此會(huì )對應用范圍要求較苛刻。要求測量空間較大，不太適用于小空間。

（6）電渦流式位移傳感器

電渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸、高線(xiàn)性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面距離。它是一種非接觸的線(xiàn)性化計量工具。電渦流傳感器能準確測量被測體（必須是金屬導體）與探頭端面之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對位移變化。在高速旋轉機械和往復式運動(dòng)機械狀態(tài)分析，振動(dòng)研究、分析測量中，對非接觸的高精度振動(dòng)、位移信號，能連續準確地采集到轉子振動(dòng)狀態(tài)的多種參數。如軸的徑向振動(dòng)、振幅以及軸向位置。

優(yōu)點(diǎn)：體積更小、可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高；高分辨率和高采樣率；可自行調整零位、增益和線(xiàn)性；可選擇延長(cháng)電纜、溫度補償等功能；可測鐵磁和非鐵磁所有金屬材料；具有多傳感器同步功能；不受潮濕、灰塵的影響，對環(huán)境要求低；在大型旋轉機械狀態(tài)的在線(xiàn)監測與故障診斷中得到廣泛應用。"

（7）電容式位移傳感器

電容位移傳感器是一種非接觸電容式原理的精密測量?jì)x器。電容式位移傳感器的電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無(wú)機材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等;因此可以在高溫、低溫強磁場(chǎng)、強輻射下長(cháng)期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。 在國內研究所，高等院校、工廠(chǎng)和軍工部門(mén)得到廣泛應用，成為科研、教學(xué)和生產(chǎn)中一種不可缺少的測試儀器。

該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連，在線(xiàn)、連續、實(shí)時(shí)的檢測各種數據然后直接顯示，遠程控制和報警。實(shí)現數據存儲，積算、傳輸和控制功能。廣泛應用于各種注塑機中。

電容式位移傳感器尤其適合緩慢變化或微小量的測量，

一般來(lái)說(shuō)采用電容式傳感器進(jìn)行檢測比較適宜。電容式位移傳感器的這些性能必然促使其應用范圍越來(lái)越廣泛。主要用于解決壓電微位移、振動(dòng)臺，電子顯微鏡微調，天文望遠鏡鏡片微調，精密微位移測量等測量問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn)：具有一般非接觸式儀器所共有的無(wú)磨擦、無(wú)損磨和無(wú)惰性特點(diǎn)外，還具有信噪比大，靈敏度高，零漂小，頻響寬，非線(xiàn)性小，精度穩定性好，抗電磁干擾能力強和使用操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn)：量程比較小，一般只有幾十個(gè)毫米，容易受外界干擾和分布參數的影響。

（8）霍爾式位移傳感器

霍爾位移傳感器主要由兩個(gè)半環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場(chǎng)和位于磁場(chǎng)中心的鍺材料半導體霍爾片（敏感元件）裝置構成。此外，還包括測量電路（電橋、差動(dòng)放大器等）及顯示部分。

是兩個(gè)結構相同的直流磁路系統共同形成一個(gè)沿x 軸的梯度磁場(chǎng)。為使磁隙中的磁場(chǎng)得到較好的線(xiàn)性分布，在磁極端面裝有特殊形式的極靴。用它制作的位移傳感器靈敏度很高?；魻柶糜趦蓚€(gè)磁場(chǎng)中，細心調整它的初始位置，即可使初始狀態(tài)的霍爾電勢為零。它的位移量較小，適于測量微位移和機械振動(dòng)等。

霍爾測位移有兩種：一種是用線(xiàn)性霍爾測元件與磁鐵之間的距離，根據線(xiàn)性霍爾元件的輸出信號可判斷出與磁鐵的間距，此種方式應用有測試紙張厚度，金屬材料形變等微小位移，也有油門(mén)踏板等距離稍大的應用；另一種是用開(kāi)關(guān)型霍爾元件做機械的角度或者位移定位。比如汽車(chē)換擋桿的檔位檢測，換擋桿到相應位置時(shí)下面有個(gè)霍爾傳感器，此時(shí)就能感應到檔位。這類(lèi)應用非常多。

特點(diǎn)：

( 1)傳感器的控制電流為 1 ～ 5mA,功耗 小、靈敏度高、分辨率高 ;

( 2)原理簡(jiǎn)單、實(shí)現方法容易、可靠性高、重復性好;

( 3)體積小、重量輕、壽命長(cháng);

( 4)檢測電路穩定可靠 ,測試結果穩定到 5位讀數 ,精度高;

( 5)硬件的補償可以基本上消除溫度對 傳感器的影響;

( 6)易于推廣到其他非電量如振動(dòng)、流量、壓力、壓差等領(lǐng)域的測試 ,具有一定的推廣應用價(jià)值。

優(yōu)點(diǎn)：輸出變化量大、靈敏度高、分辨力高、質(zhì)量輕、 慣性小、反應速度快;霍爾元件的頻響范圍寬 ,適合作動(dòng)態(tài)位移測試

（9）超聲波位移傳感器

超聲波位移傳感器是采用超聲波回波測距原理，運用精確的時(shí)差測量技術(shù)，檢測傳感器與目標物之間的距離的傳感器。

優(yōu)點(diǎn)：非接觸式測量，比較衛生，測量準確，無(wú)接觸，防水，可以檢測腐蝕性很高的介質(zhì)?？蓱谝何?，物位檢測，特有的液位，料位檢測方式，可保證在液面有泡沫或大的晃動(dòng)，不易檢測到回波的情況下有穩定的輸出。

缺點(diǎn)：超聲波的發(fā)生接收對環(huán)境的要求比較高，在環(huán)境比較惡劣的情況下，超聲波傳感器不怎么適用。

2、按運動(dòng)方式分

（1）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)機械位移量轉換成電信號。為了達到這一效果，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)測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩態(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(cháng)度成正比。將傳感器用作分壓器可最大限度降低對滑軌總阻值精確性的要求，因為由溫度變化引起的阻值變化不會(huì )影響到測量結果。

（2）角度位移傳感器

角度位移傳感器應用于障礙處理：使用角度傳感器來(lái)控制你的輪子可以間接的發(fā)現障礙物。原理非常簡(jiǎn)單：如果馬達角度傳感器構造運轉，而齒輪不轉，說(shuō)明你的機器已經(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；唯一要求就是運動(dòng)的輪子不能在地板上打滑（或者說(shuō)打滑次數太多），否則你將無(wú)法檢測到障礙物。一個(gè)空轉的齒輪連接到馬達上就可以避免這個(gè)問(wèn)題，這個(gè)輪子不是由馬達驅動(dòng)而是通過(guò)裝置的運動(dòng)帶動(dòng)它：在驅動(dòng)輪旋轉的過(guò)程中，如果惰輪停止了，說(shuō)明你碰到障礙物了。