1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業自動檢測技術及儀表課程設計位移傳感器學 號： 姓 名： 班 級： 指導老師： 昆明理工大學信息工程與自動化學院 2013年1月目錄 = 1 * CHINESENUM3 一、摘要 1 = 2 * CHINESENUM3 二、位移傳感器的工作原理及組成結構 2電感式位移傳感器 2電容式位移傳感器 2電渦流式位移傳感器 3霍爾式位移傳感器 3光纖位移傳感器 4 = 3 * CHINESENUM3 三、測量電路原理圖電感式位移傳感器測量原理圖 5電容式位移傳感器測量原理圖 5電

2、渦流式位移傳感器測量原理圖 5霍爾式位移傳感器測量原理圖 6光纖位移傳感器測量原理圖 6四、傳感器的應用分析 7五、總結 10六、參考資料 11 = 1 * CHINESENUM3 一、摘要位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量。在生產過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數字式兩種。模擬式又可分為物性型和結構型兩種。常用位移傳感器以模擬式結構型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。數字式位移

3、傳感器的一個重要優點是便于將信號直接送入計算機系統。這種傳感器發展迅速，應用日益廣泛。 = 2 * CHINESENUM3 二、位移傳感器的工作原理及組成結構1.電感式位移傳感器 = 1 * GB4 工作原理：電感式位移傳感器是一種屬于金屬感應的線性器件，接通電源后，利用電感元件把被測位移量的變化轉化成電感的自感系數L，再由測量電路轉換成電壓或電流信號。為提高自感式傳感器的靈敏度，增大傳感器的線性工作范圍，實際應用中較多的是將兩個結構相同的自感線圈組合在一起形成差動式電感傳感器。 = 2 * GB4 組成結構： 電感傳感器由線圈（線圈接交流電源）、鐵芯和銜鐵組成。在鐵芯和銜鐵之間有一個空氣隙，

4、空氣隙的厚度為。傳感器的運動部分與銜鐵相連。當運動部分產生位移時，空氣隙的厚度或空氣隙的面積S發生改變，從而使電感量L發生變化。2. 電容式位移傳感器 = 1 * GB4 工作原理： 以電容器為敏感元件，將機械位移量轉換為電容量變化的傳感器稱為電容式傳感器。電容傳感器的形式很多，常使用變極距式電容傳感器和變面式電容傳感器進行位移測量。原理圖為： = 2 * GB4 組成結構： 電容式位移傳感器的基本結構型式。按照將機械位移轉變為電容變化的基本原理，電容式位移傳感器可分為面積變化型、極距變化型和介質變化型三類。這三種類型又可按位移的形式分為線位移和角位移兩種。每一種又依據傳感器的形狀分成平板形和

5、圓筒形。圓筒形傳感器不能用作改變極距的位移傳感器。3. 電渦流式位移傳感器 = 1 * GB4 工作原理：電渦流傳感器能靜態和動態地非接觸、高線性度、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和動態的相對位移變化。在高速旋轉機械和往復式運動機械狀態分析，振動研究、分析測量中，對非接觸的高精度振動、位移信號，能連續準確地采集到轉子振動狀態的多種參數。如軸的徑向振動、振幅以及軸向位置。電渦流傳感器以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高等優點，在大型旋轉機械狀態的在線監測與故障診斷中得到廣泛

6、應用。 = 2 * GB4 組成結構工作過程：當被測金屬與探頭之間的距離發生變化時，探頭中線圈的Q值也發生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經過檢波、濾波、線性補償、放大歸一處理轉化成電壓（電流）變化，最終完成機械位移(間隙)轉換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統中被測體可看作傳感器系統的一半，即一個電渦流位移傳感器的性能與被測體有關。4. 霍爾式位移傳感器 = 1 * GB4 工作原理：保持霍耳元件的激勵電流不變，并使其在一個梯度均勻的磁場中移動，則所移動的位移正比于輸出的霍耳電勢。磁場梯度越大，靈敏度越高；梯度變化越均勻，霍耳電勢與位移的關系越接

7、近于線性。霍耳式位移傳感器的慣性小、頻響高、工作可靠、壽命長，因此常用于將各種非電量轉換成位移后再進行測量的場合。霍爾元件是指利用霍爾效應產生輸出電壓的元件根據霍爾效應原理，如果垂直作用于元件平面的磁感應強度為B，通過元件的電流為I，無負荷時產生的霍爾電壓用下式表示KH。式中，I為通過元件電流,H為元件的靈敏度,為磁感應強度；fH為形狀系數，由元件的形狀和霍爾角所決定，一般小于。5光纖位移傳感器結構及工作原理： 當光纖探頭端部緊貼被測件時,發射光纖中的光不能反射到接收光纖中去,接收光纖中無光信號;當被測表面逐漸遠離光纖探頭時,發射光纖照亮被測表面的面積越來越大,于是相應的發射光錐和接收光錐重合

8、面積B1越來越大,因而接收光纖端面上被照亮的B2區也越來越大,有一個線性增長的輸出信號; 當整個接收光纖被全部照亮時,輸出信號就達到了位移-輸出信號曲線上的“光峰點”,光峰點以前的這段曲線叫前坡區;當被測表面繼續遠離時, 被反射光照亮的B2面積大于C, 部分反射光沒有反射進接收光纖, 接收到的光強逐漸減小,光敏輸出器的輸出信號逐漸減弱,進入曲線的后坡區。 = 3 * CHINESENUM3 三、測量電路原理圖電感式位移傳感器：電容式位移傳感器： 電渦流式位移傳感器：霍爾式位移傳感器：光纖位移傳感器：四、傳感器的應用分析1.電容傳感器：把位移的變化換作電容的變化進行制作的。適合高頻測量。 優點：

9、它具有靈敏度高、能實現非接觸量的測量，而且可以在惡劣場合下工作。 缺點：輸出特性的非線性，對絕緣電阻要求比較高。對連接線纜有很高的要求，它要有屏蔽性能，而且最好選用高頻電源用來供電。 目前狀況，現在做的最好的電容式位移傳感器可以測量0.001 微米的位移，誤差非常小。電容式微位移傳感器近來被廣泛應用于航空、航天及工業生產部門測量微小位移、微小尺寸以及測量振動和壓力等各領域。目前，電容測微儀正朝著智能化、小型化及模塊化方向發展，其體積越來越小。用單片機或微機進行測量數據采集、數據通訊及非線性誤差修正等工作，使其在功能、性能等方面有了較大的飛躍。電容式微位移傳感器，具有檢測范圍大、性能穩定、靈敏度

10、高和成本低等優點，可廣泛用于航空、航天及工業生產部門測量微小位移、微小尺寸以及測量振動和壓力等各領域。2.電感傳感器：將測量量換作線圈自感或互感的變化的傳感器。線位移，角位移都可測。優點：靈敏度高，輸出信號比較大，因此有利于信號的傳輸。缺點：頻率響應較低,不宜于高頻動態測量。常用的：1、變氣隙型中電感的變化與傳感器中活動銜鐵的位移相對應。 2、變面積型是用鐵芯與銜鐵之間重合面積的變化來反映位移。3、螺管型是銜鐵插入長度的變化導致電感變化的原理。電感測微儀的硬件電路主要包括電感式傳感器、正弦波振蕩器、放大器、相敏檢波器及單片機系統。 正弦波振蕩器 為 電感式傳感器 和 相敏檢波器 提供了頻率和幅

11、值穩定的激勵電壓. 正弦波振蕩器 輸出的信號 加到測量頭中。 工件的微小位移經電感式傳感器的測頭帶動兩線圈內銜鐵移動，使兩線圈內的電感量發生相對的變化。 當銜鐵處于兩線圈的中間位置時，兩線圈的電感量相等，電橋平衡。當測頭帶動銜鐵上下移動時，若上線圈的電感量增加，下線圈的電感量則減少。若上線圈的電感量減少，下線圈的電感量則增加。交流阻抗相應地變化，電橋失去平衡從而輸出了一個幅值與位移成正比，頻率與振蕩器頻率相同，相位與位移方向相對應的調制信號。此信號經放大，由 相敏檢波器 鑒出極性。 得到一個與銜鐵位移相對應的 直流電壓信號 。A/D轉換器輸入到單片機。 經過數據處理進行顯示。3.電渦流式傳感器

12、：基于電渦流效應，它的感應參數是阻抗的變化，盡量使阻抗是位移的函數，它還與被測物體的形狀跟尺寸有關。量程一般在0 到80 毫米。電渦流傳感器系統廣泛應用于電力、石油、化工、冶金等行業和一些科研單位。對汽輪機、水輪機、鼓風機、壓縮機、空分機、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉機械軸的徑向振動、軸向位移、鍵相器、軸轉速、脹差、偏心、以及轉子動力學研究和零件尺寸檢驗等進行在線測量和保護。脹差測量斜坡式脹差測量補償式脹差測量雙斜面脹差測量振動測量軸位移測量軸心軌跡測量差動測量動力膨脹轉子動平徑向運動分析轉速和相位差測試轉速測量表面不平整度測量裂痕測量非導電材料厚度測量金屬元件合格檢測軸承測量換向片測量4.霍

13、爾傳感器：直流穩壓電源在出廠前及使用、修理后都必須對其性能指標進行檢定。目前，常用的計量檢定方法是采用手動或半自動化方法，其主要缺點是手段落后、效率低、速度慢、工作繁瑣，系統誤差較大。為此，我們可以采用霍爾電流傳感器和霍爾電壓傳感器來取代傳統的交、直流電壓表以及交、直流電流表，設計一種直流穩壓電源自動計量檢定裝置，將它們的輸出信號經A/D板采集后送至工控機處理，從而實現計量檢定的自動化。（一）線性型霍爾傳感器主要用于一些物理量的測量。例如：1電流傳感器由于內部存在磁場，其大小與導線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測量出磁場，從而確定導線中電流的大小。利用這一原理可以設計制成霍爾。其是不與被

14、測電路發生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。 霍爾電流傳感器工作原理如圖6所示，標準圓環鐵芯有一個缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環上繞有線圈，當電流通過線圈時產生磁場，則霍爾傳感器有信號輸出。2位移測量兩塊永久磁鐵同極性相對放置，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應強度為零，這個點可作為位移的零點，當霍爾傳感器在Z軸上作Z位移時，傳感器有一個電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比。如果把拉力、壓力等參數變成位移，便可測出拉力及壓力的大小，（二）開關型霍爾傳感器主要用于測轉數、轉速、風速、流速、接近開關、關門告知器、報警器、自動控制電路等。在非磁性材料的圓盤邊上粘

15、一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉數（計數器），若接入頻率計，便可測出轉速。如果把開關型霍爾傳感器按預定位置有規律地布置在軌道上，當裝在運動車輛上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據脈沖信號的分布可以測出車輛的運動速度。光纖式傳感器：絕緣子污穢、磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光聲、電流和應變等物理量的測量。功能型傳感器是利用光纖本身的把光纖作為敏感元件, 被測量對光纖內傳輸的光進行調制, 使傳輸的光的強度、相位、頻率或偏振態等特性發生變化, 再通過對被調制過的進行解調, 從而得出被測信號。光纖在其中

16、不僅是導光媒質，而且也是敏感元件，光在光纖內受被測量調制，多采用多模光纖。：結構緊湊、靈敏度高。缺點：須用特殊光纖，成本高，典型例子：、光纖水聽器等非功能型傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化, 光纖僅作為信息的傳輸介質，常采用單模光纖。光纖在其中僅起導光作用，光照在光纖型敏感元件上受被測量調制。優點：無需特殊光纖及其他特殊技術；比較容易實現，成本低。缺點：靈敏度較低。實用化的大都是非功能型的光纖傳感器。光纖傳感器是最近幾年出現的新技術，可以用來測量多種物理量，比如聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完成現有測量技術難以完成的測量任務。在狹小的空間里，在強電磁干擾和高電壓的環境

17、里，光纖傳感器都顯示出了獨特的能力。目前光纖傳感器已經有70多種，大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。五、總結在對這次的課程設計報告的思考，制作和整理中，我又從中鞏固了很多關于位移傳感器的知識以及該傳感器的應用及其現在的發展狀況。首先是從設計題目的選題開始。傳感器在工業生產中是得到廣泛的應用的，對于自動化方面的學生的我們來說，傳感器的知識是必須要好好了解、學習和掌握的，所以定下該題目。其次就是對位移傳感器的原理的分析和討論。位移傳感器按照各種不同的標準或者要求是可以分為很多類型的，在此，我是選擇描述位移傳感器中應用比較多比較廣泛的幾種位移傳感器進行原理、參數等的分析的，其分別為：電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器以及光纖位移傳感器。在這幾種位移傳感器中，光纖位移傳感器是最近幾年才開始興起和投入使用的，比起其他的位移傳感器而言，雖然其具有更多有娘特性，但被使用的范圍還不是特別廣泛。再者就是對個傳感器的使用方法及檢測原理圖的了解和掌握。由于各傳感器的原理和組成成分的不同，就導致了各傳感器多被測量的選擇和要求的不同。所以，只有在明白了原理和特性的基礎之上，才能很好地對傳感器進行合適良好的選擇和使用。不管是在生產當中還是實驗驗證中，無論是對哪一種傳感器的選擇使用當中，都應該遵循其測量的范圍和要求，不能夠用錯誤的、不符合規定