常見(jiàn)傳感器分類(lèi)和工作原理

傳感器是能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器有許多種，在先進(jìn)測量技術(shù)這門(mén)課中提到了許多傳感器，在現代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現代化生產(chǎn)也就失去了基礎。許多基礎科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現，往往會(huì )導致該領(lǐng)域內的突破。

1 位移傳感器

傳感器的分類(lèi)是可以通過(guò)轉換原理、用途、輸出信號以及制作材料和工藝分。根據工作原理可以分為兩大類(lèi)，分別是物理傳感器和化學(xué)傳感器。目前最常用的傳感器之一是位移傳感器。

位移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，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)測量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現數字化、精度高（目前分辨率最高的可達到納米級）、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。

2 光柵傳感器

計量光柵通常用于數字檢測系統，用來(lái)檢測高精度直線(xiàn)位移和角位移，是數控機床上應用較多的一種檢測裝置。光柵傳感器的空間分辨率一般可達1μm左右，單根光柵的長(cháng)度可達600mm以上，主光柵能夠進(jìn)行拼接，測量范圍可達幾米以上。如圖所示光柵由4光源，透鏡，2指示光柵，3光電元件，驅動(dòng)電路和1標尺光柵組成。

當兩光柵面相對疊合，中間留有很小的間隙，并使兩者柵線(xiàn)之間保持很小夾角θ，透射光就會(huì )形成明暗相間的莫爾條紋。光柵主要是利用莫爾條紋實(shí)現測量的。莫爾條紋具有以下特點(diǎn)：

（1）平均效應

莫爾條紋是由光柵的大量刻線(xiàn)共同形成，對光柵的刻劃誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除短周期誤差的影響。光柵的工作長(cháng)度越大，參加工作的刻線(xiàn)越多，這一作用就越顯著(zhù)。

（2）放大作用

由于θ角很小，從式（1-4）可明顯看出光柵有放大作用，放大比為：K≈1 /θ

（3）對應關(guān)系

兩光柵沿與柵線(xiàn)垂直的方向相對移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋沿柵線(xiàn)方向移動(dòng)。兩光柵相對移動(dòng)一個(gè)柵距P，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距W。光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋亦反向移動(dòng)。利用這種嚴格的一一對應關(guān)系，根據光電元件接收到的條紋數目，就可以知道主光柵所移過(guò)的位移值。