位移傳感器的分類(lèi)和原理

      位移傳感器又稱(chēng)為線(xiàn)性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。
　　電感式位移傳感器是一種屬于金屬感應的線(xiàn)性器件，接通電源后，在開(kāi)關(guān)的感應面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當金屬物體接近此感應面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線(xiàn)性衰減，然后根據衰減量的變化來(lái)完成無(wú)接觸檢測物體的目的。
　　電感式位移傳感器具有無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(cháng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線(xiàn)對模擬量的智能控制。
　　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，位移的量測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、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、磁柵等傳感技術(shù)來(lái)量測。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現數字化、精度高（目前分辨率*高的可達到納米級）、抗干擾能力強、沒(méi)有人為讀數誤差、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)中得到日益廣泛的應用。
　　原理
　　計量光柵是利用光柵的莫爾條紋現象來(lái)量測位移的?！澳獱枴痹鲇诜ㄎ腗oire，意思是水波紋。幾百年前法國絲綢工人發(fā)現，當兩層薄絲綢疊在一起時(shí)，將產(chǎn)生水波紋狀花樣；如果薄綢子相對運動(dòng)，則花樣也跟著(zhù)移動(dòng)，這種奇怪的花紋就是莫爾條紋。一般來(lái)說(shuō)，只要是有一定周期的曲線(xiàn)簇重疊起來(lái)，便會(huì )產(chǎn)生莫爾條紋。計量光柵在實(shí)際應用上有透射光柵和反射光柵兩種；按其作用原理又可分為輻射光柵和相位光柵；按其用途可分為直線(xiàn)光柵和圓光柵。下面以透射光柵為例加以討論?！⊥干涔鈻懦呱暇鶆虻乜逃衅叫械目叹€(xiàn)即柵線(xiàn)，a為刻線(xiàn)寬，b為兩刻線(xiàn)之間縫寬，W=a+b稱(chēng)為光柵柵距。目前國內常用的光柵每毫米刻成10、25、50、100、250條等線(xiàn)條。光柵的橫向莫爾條紋測位移，需要兩塊光柵。一塊光柵稱(chēng)為主光柵，它的大小與量測范圍相一致；另一塊是很小的一塊，稱(chēng)為指示光柵。為了量測位移，必須在主光柵側加光源，在指示光柵側加光電接收元件。當主光柵和指示光柵相對移動(dòng)時(shí)，由于光柵的遮光作用而使莫爾條紋移動(dòng)，固定在指示光柵側的光電元件，將光強變化轉換成電信號源。由于光源的大小有限及光柵的衍射作用，使得信號源為脈動(dòng)信號源。如圖 1，此信號源是一直流信號源和近視正弦的周期信號源的疊加，周期信號源是位移x的函數。每當x變化一個(gè)光柵柵距W，信號源就變化一個(gè)周期，信號源由b點(diǎn)變化到b’點(diǎn)。由于bb’=W，故b’點(diǎn)的狀態(tài)與b點(diǎn)狀態(tài)完全一樣，只是在相位上增加了2π。
　　信號源處理
　　1、辨向原理在實(shí)際應用中，位移具有兩個(gè)方向，即選定一個(gè)方向后，位移有正負之分，因此用一個(gè)光電元件測定莫爾條紋信號源確定不了位移方向。為了辨向，需要有 π/2相位差的兩個(gè)莫爾條紋信號源。如圖2，在相距1/4條紋間距的位置上安放兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位差π/2的電信號源u01和u02，經(jīng)過(guò)整形后得到兩個(gè)方波信號源u01’和u02’。光柵正向移動(dòng)時(shí)u01超前u02 90度，反向移動(dòng)時(shí)u02超前u01 90度，故通過(guò)電路辨相可確定光柵運動(dòng)方向。
　　2、細分技術(shù)隨著(zhù)對量測精度要求的提高，以柵距為單位已不能滿(mǎn)足要求，需要采取適當的措施對莫爾條紋進(jìn)行細分。所謂細分就是在莫爾條紋信號源變化一個(gè)周期內，發(fā)出若干個(gè)脈沖，以減少脈沖當量。如一個(gè)周期內發(fā)出n個(gè)脈沖，則可使量測精度提高n備，而每個(gè)脈沖相當于原來(lái)柵距的1/n。由于細分后計數脈沖頻率提高了 n倍，因此也稱(chēng)n倍頻。
　　通常用的有兩種細分方法：其一、直接細分。在相差1/4莫爾條紋間距的位置上安放兩個(gè)光電元件，可得到兩個(gè)相位差90o的電信號源，用反相器反相后就得到四個(gè)依次相差90o的交流信號源。同樣，在兩莫爾條紋間放置四個(gè)依次相距1/4條紋間距的光電元件，也可獲得四個(gè)相位差90o的交流信號源，實(shí)現四倍頻細分。其二、電路細分。
　　專(zhuān)用集成電路
　　四倍頻專(zhuān)用集成電路Q(chēng)A740210同時(shí)具有辨相和四倍頻細分的功能，可將兩路正交的方波進(jìn)行四倍頻后產(chǎn)生兩路加、減計數信號源，可送雙時(shí)鐘可逆計數器進(jìn)行加、減計數，也可直接送微型計算機（包括單片機）進(jìn)行數據處理。
　　1、特點(diǎn)：
　?、?、數字化微分電路：4路微分信號源脈寬由主頻周期決定，因此，是一致的，而且可在很大范圍里方便地選擇。
　?、?、臨界報警與過(guò)速報警兩檔速度提示：可在光柵運動(dòng)速度接近極限值時(shí)給出臨界報警信息，以便操作者及時(shí)控制光柵運動(dòng)快慢。在速度超過(guò)極限值時(shí)本電路將給出出錯信息。
　?、?、**零位控制：**零位的設置將給操作者帶來(lái)許多方便，如故障斷電后的重新定位等。本電路有“到**零位開(kāi)始計數”和“到**零位停止計數”，以及“與**零位無(wú)關(guān)”三種工作模式。
　?、?、片選：本電路設有片選端，可以構成多標數顯系統。
　?、?、COMS工藝：輸入輸出的電壓電流與4000系列CMOS及LSTTL電路兼容。