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。