位移傳感器原理及應(yīng)用

角位移傳感器的概念

角位移傳感器是把對(duì)角度測(cè)量轉(zhuǎn)換成其他物理量的測(cè)量,它采用非接觸式專利設(shè)計(jì)，與同步分析器和電位計(jì)等其它傳統(tǒng)的角位移測(cè)量?jī)x相比，有效地提高了長(zhǎng)期可靠性(直線位移傳感器)。下圖所示為是角位移傳感器的一種型號(hào)：

角位移傳感器

那么什么是角位移傳感器呢，在現(xiàn)實(shí)生活中它都應(yīng)用在哪些方面呢?小編通過搜集整理資料，簡(jiǎn)單對(duì)角位移傳感器的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了歸納總結(jié)（激光位移傳感器）。

角位移傳感器的原理有以下三種情況：（什么是位移傳感器）

　　(1)將角度變化量的測(cè)量變?yōu)殡娮枳兓瘻y(cè)量的變阻器式角位移傳感器,

　　(2)將角度變化量的測(cè)量變?yōu)殡娙葑兓臏y(cè)量的面積變化型電容角位移傳感器,

　　(3)將角度變化量的測(cè)量變?yōu)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)變化量的測(cè)量的磁阻式角位移傳感器等等.

它的設(shè)計(jì)獨(dú)特，在不使用諸如滑環(huán)、葉片、接觸式游標(biāo)、電刷等易磨損的活動(dòng)部件的前提下仍可保證測(cè)量精度。如下圖所示：

角位移傳感器簡(jiǎn)化原理圖
 
角位移傳感器特點(diǎn)：

該傳感器采用特殊形狀的轉(zhuǎn)子和線繞線圈，模擬線性可變差動(dòng)傳感器(LVDT)的線性位移，有較高的可靠性和性能，轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生線性輸出信號(hào)，圍繞出廠預(yù)置的零位移動(dòng)±60(總共120)度。此輸出信號(hào)的相位指示離開零位的位移方向。轉(zhuǎn)子的非接觸式電磁耦合使產(chǎn)品具有無限的分辨率，即絕對(duì)測(cè)量精度可達(dá)到零點(diǎn)幾度。

角位移傳感器的應(yīng)用

從力學(xué)分類來看，有一種在靜態(tài)下工作的角位移傳感器，例如吊車和塔吊的吊臂上就用重錘方式角位移傳感器，只能用于沒有加速度運(yùn)動(dòng)的環(huán)境，通俗的理解就是不能在運(yùn)動(dòng)劇烈的環(huán)境上應(yīng)用，只能用在靜態(tài)的場(chǎng)合，是地球重力場(chǎng)直接作用下的傾斜儀器，類似的有氣泡水準(zhǔn)儀器，例如在經(jīng)緯儀，全站儀，裝修行業(yè)上使用，水平聯(lián)通管也是類似的原理。

角位移傳感器標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法是在旋轉(zhuǎn)編碼器上加重錘，重錘是產(chǎn)生重力作用的元件，在車輛運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，就要用空氣阻尼、油池阻尼、電磁阻尼來抑制重錘的晃動(dòng)以至振蕩，就必然使角位移傳感器的靈敏度下降，響應(yīng)速度下降。

角位移傳感器也有非絕對(duì)編碼，是增量輸出的，如果沒有起始脈沖專門信道，就要用自己外加初始定位傳感器，一般是用紅外的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，缺點(diǎn)是精度低。

使用地磁角位移傳感器基本上不受環(huán)境振動(dòng)影響，又受電磁干擾影響，比賽車輛自身的電動(dòng)機(jī)就要磁屏蔽。

航海、航空和航天器使用一種紅外角位移傳感器，對(duì)環(huán)境的可見光或紅外輻射進(jìn)行立體的比較，最簡(jiǎn)單的是求出運(yùn)載工具相對(duì)太陽的姿態(tài)，是廣角和立體攝影和圖像處理技術(shù)的綜合，最簡(jiǎn)單地要分辨地平線;在比賽的空間，要受到小環(huán)境的光線干擾。

角位移傳感器的主要技術(shù)參數(shù)：

　　1.旋轉(zhuǎn)位移，工作溫度范圍大，自帶信號(hào)調(diào)節(jié)

　　2.免接觸型傳感器，適應(yīng)不良環(huán)境(振動(dòng)、沖擊、潮濕、鹽霧等，出色的溫度穩(wěn)定性)

　　3.線性(100%行程)：0.25~0.5

　　4.多種范圍、直流輸出

　　5.CE認(rèn)證

電容式角位移傳感器原理分析

電容式角位移傳感器用于測(cè)量固定部件(定子)與轉(zhuǎn)動(dòng)部件(轉(zhuǎn)子)之間的旋轉(zhuǎn)角度，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，靈敏度高，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、汽車、航天及軍事等角度定位監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

一般來說，電容式角位移傳感器由一組或若干組扇形固定極板和轉(zhuǎn)動(dòng)極板組成，為保證傳感器的精度和靈敏度，同時(shí)避免因環(huán)境溫度等因素的改變導(dǎo)致介電常數(shù)、極板形狀等的間接變化，進(jìn)而對(duì)傳感器性能產(chǎn)生不利影響，對(duì)傳感器的制作材料、加工工藝以及安裝精度提出了較高要求，為了克服電容角位移傳感器的局限性，國(guó)內(nèi)外科學(xué)工作者進(jìn)行了長(zhǎng)期的大量研究工作，其主要思想方法是將傳感器設(shè)計(jì)成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，

傳感器系統(tǒng)原理框圖如圖所示，

傳感器系統(tǒng)原理框圖
 
由敏感元件、測(cè)量電路、智能部件與接口部件構(gòu)成，敏感元件的結(jié)構(gòu)所示如圖1，測(cè)量部件由選擇單元、激勵(lì)源和電荷檢測(cè)單元組成;智能部件由I/O單元、A/D單元、濾波單元、角度計(jì)算單元等組成;接口部件由電流輸出單元、RS232通訊單元等組成。

敏感元件檢測(cè)反映角度位置的電容值，是傳感器的初始轉(zhuǎn)換單元，測(cè)量單元采用了先進(jìn)的抗雜散微小電容檢測(cè)電路，將電容值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，智能部件的主要功能是通過比例式算法計(jì)算出角位移量，最后由接口部件輸出角度計(jì)算結(jié)果。

總結(jié)

本文簡(jiǎn)單介紹了角位移傳感器的概念、特點(diǎn)、原理、應(yīng)用及技術(shù)參數(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)，并在比例式測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)動(dòng)極板為金屬材質(zhì)且為電氣懸空設(shè)計(jì)的數(shù)字型電容角位移傳感器。