位移传感器结构框图_位移传感器的工作原理

一、位移传感器简介

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

二、位移传感器特性参数

标称阻值：电位器上面所标示的阻值。

重复精度：此参数越小越好。

分辨率：位移传感器所能反馈的最小位移数值。此参数越小越好。导电塑料位移传感器分辨率为无穷小。

允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电位器的精度。允许误差一般只要在±20%以内就符合要求，因为一般位移传感器是以分压的方式来使用，具体电阻的大小对传感器的数据采集没有影响。

线性精度：直线性误差。此参数越小越好。

寿命：导电塑料位移传感器都在200万次以上。

三、位移传感器常见故障

直线的工作原理是跟滑动变阻器一样的，它作为分压器使用的，它是以相对的输出电压来呈现出所测量位置的实际上的位置。对这个装置的工作有下面几点要求：

1、如果电子尺已经使用很长时间了，而且密封已经老化，同时夹杂着很多杂质，而且水混合物和油会严重影响电刷的接触电阻的，这样会使显示的数字不停地跳动。这个时候可以说直线位移传感器的电子尺已经损坏了，需要更换。

2、若电源的容量很小，就会出现很多情况的，所以，供电电源需要有充分的容量。那么，容量不足，就会造成如下的情况：熔胶的运动会使合模电子尺的显示变换，有波动，或者合模的运动会使射胶电子尺的显示波动，造成测量结果误差很大。如果电磁阀的驱动电源于直线位移传感器供电电源同时在一起的时候，更容易出现以上的情况，情况严重时用万用表的电压档甚至可以测量到电压的有关波动。如果情况不是因为高频干扰、静电干扰或者是中性不够好的造成的，那么就有可能是电源的功率太小造成的。

3、调频干扰和静电干扰都有可能让直线位移传感器的电子尺的显示数字跳动的。电子尺的信号线与设备的强电线路要分开线槽。电子尺必须要强制性地使用接地支架，而且同时让电子尺的外壳跟地面良好地接触。信号线需要使用屏蔽线，而且电箱的一段应该跟屏蔽线接地的。

如果有高频干扰的时候，通常使用万用表的电压测量就会显示正常，但是显示数字就是会跳动不停的；而出现静电干扰时，出现的情况也是跟高频干扰一样的。要证明看是否是静电干扰时，可以先使用一段电源线把电子尺的封盖螺丝跟机器上的某一些的金属短接起来就可以了，只要一短接起来，静电干扰就会马上消除掉的。但是如果要消除掉高频干扰就很难用上面的方法了，变频节电器和机器手都经常出现高频干扰的，所以可以试一下用停止高频节电器或者机械手的方法来验证是不是高频干扰的。

4、如果直线位移传感器的电子尺在工作的过程当中，在某一点的显示数据有规律地跳动，或者是没有显示数据的时候，出现这种情况就需要检查连接线绝缘是不是出现破损的现象，并且跟机器的外壳很有规律地接触而导致的对地短路。

5、供电的电压一定要稳定，工业的电压需要符合±0.1［%］的稳定性，例如，基准电压是10V的话，就可以允许有±0.01V的波动变化，如果不是的话，就会引起显示的圈套波动这样的情况。但是如果这个时候的显示波动的幅度没有超过波动电压的波动的幅度的话，那么电子尺就是正常的了。

6、安装直线位移传感器的对中性需要很好，但是平行度可以允许有±0.5mm的误差，角度可以允许有±12°的误差。但是如果平行度误差和角度误差都是偏大的话，这样会出现显示数字跳动的情况。那么出现这样的情况的时候，必须要对平行度和角度进行调整了。

7、在连接的过程当中，一定要多加注意，电子尺的三条线是不可以接错的，电源线和输出线是不可以调换的。如果上面的线接错的话，就会出现线性误差很大的情况，要控制的话是很难的，控制的精度也会变得很差，而显示很容易出现跳动的现象等等。

四、位移传感器系统的结构图

系统的整体结构如图1所示，系统主要由上位机、运动控制环节和位移反馈环节组成。上位机为至少含有两个COM口的工业控制计算机。运动控制环节主要由运动控制器、驱动器、混合式步进电机和水平机械运动装置组成;位移反馈环节主要由带数显表的数字位移传感器和SPP转RS232接口电路组成。

数字位移传感器型号为5CB～10C，位移测量范围为0～20mm，数显表读数范围为O～19.999mm，分辨率为1μm，线性度达到满量程的0.05%，即精度达到10μm。

五、位移传感器的工作原理

电位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。

物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。

磁致伸缩位移传感器通过非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的；该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。

由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，IP防护等级在IP67以上。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。

磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。

由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值，而不是比例的或放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，更无需定期重标。

磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。

六、位移传感器的应用

火车轮缘的几何状态参数影响着列车运行的速度与平稳度，对列车的安全运行十分重要。传统的检测手段较为复杂，通常是用带有游标的专用尺子来进行测量，对数据的人工读取造成测量的误差比较大，同时不能实现检测数据的数字化管理。随着我国铁路事业的发展，列车运行速度越来越快，火车轮缘状态参数的精确快速检修和数字化管理变得十分重要。轮缘检测仪采用现代传感器技术、单片机处理系统和简洁稳定的机械结构，可方便精确的对几何状态参数进行连续快速测量，实现了轮缘高度、轮辋厚度等参数测量的数字化。

轮缘高度、宽度、轮辋厚度等方面的检测用到很多传感器，而最为关注的是位移传感器，位移传感器有很多种，用在火车上车轮缘状检测是目前新型传感器技术叫做激光位移传感器。目前用在火车轮缘上检测是的激光三角测量法，短距离的测量精度很高。可以直接把位移传感器安装在轨道上进行检测，同样也可以采用激光反射式位移传感器为测量器件激光传感器模沿直线方向扫描轮缘形状，同时记录整个轮缘数据。通过微处理器即可得出整个轮缘轮廓曲线，进而求得轮缘宽度、轮缘高度、70mm磨损量和磨损面积等。并且能把测量的数据上传计算机，生成数据库，利用先进的后处理软件对火车轮缘进行数字化管理。它不仅可以对在线运行列车测量轮对的磨损，还可以在生产线上对轮对尺寸是否合格进行分选。

交通运输的发展离不开检测技术，而仪器仪表以及传感器技术才是检测技术的核心。高速动力发展的今天，人们不仅仅希望体验到是的舒适和享受，而且跟多的希望得到是安全。传感器技术的发展会给人们生活交通带来更多的安全，我国传感器技术的发展也将带动交通运输方面在国际上拥有的一流先进技术发展。