位置传感器的工作原理及类型.docx

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1、位置传感器的工作原理及类型目录1 .什么是位置传感器？12 .位置传感器按其原理主要分为几种？23 .位置传感器工作原理23.1. 感应式位置传感器23.1.1.概述23.1.2.线性可变差动变压器，也就是1VDT63.1.3.电感式接近传感器73.2.电容式位置传感器73.3.电位位置传感器83.4.基于涡流的位置传感器93.5.磁致伸缩位置传感器93.6.基于霍尔效应的磁性位置传感器103.7.光纤位置传感器103.8.光学位置传感器（激光位置传感器/激光雷达）113.9.超声波位置传感器113.10.分离式光电位置传感器113.11.磁电感位置传感器12今天给大家讲一下关于位置传感器相关

2、的知识，主要是位置传感器工作原理、位置传感器有哪几种类型进行简单的讲解。1什么是位置传感器？顾名思义，位置传感器检测物体的位置，也就是意味着位置传感器被引用到某个固定点或者说从某个固定的点或者位置引用，然后位置传感器提供位置的反馈。确定位置的一种方法是使用“距离”，如两点之间的距离，例如从某个固定点行进或移动的距离，或者使用“旋转”（角运动）。例如，机器人轮子的旋转以确定其沿地面行进的距离。无论哪种方式，位置传感器都可以使用线性传感器检测物体的直线运动，或者使用旋转传感器检测物体的角运动。位置传感器可以以不同的方式运行：提供根据物体位置变化的信号，然后通过信号变化来转换位移。随着每一个动作，位

3、置传感器都会发出一种冲动。位置传感器通过对发射的脉冲进行计数来确定位移和位置。当位置传感器与运动物体之间没有机械连接时，通过一个场提供信号。北京优利威告诉您可以是涡流传感器的电磁场，电容传感器的静电场和磁阻、磁阻变化或霍尔效应传感器的磁感应场。2 .位置传感器按其原理主要分为几种？电位位置传感器（基于电阻）感应式位置传感器基于涡流的位置传感器电容式位置传感器磁致伸缩位置传感器基于霍尔效应的磁性位置传感器光纤位置传感器光学位置传感器超声波位置传感器3 .位置传感器工作原理3.1.感应式位置传感器3.1.1.概述利用变压器等电磁感应元件，将变化的磁场转换为电信号，从而实现对物体位置的测量。感应式位

4、置传感器具有高度的精度和稳定性，广泛应用于冶金、航空、自动化控制等领域。感应式传感器被广泛用于测量位置或速度，特别是在恶劣的环境中。然而，对许多工程师来说，感应传感器的术语和技术可能令人困惑，本文解释了各种类型和操作原理，以及它们的优缺点。SecondaryPrtmarySecondaryVariab1eIndUCSccSnso1inrVariabtoDitfrntM1感应式位置传感器和速度传感器有各种各样的形状、大小和设计。所有的感应传感器都可以说是根据变压器原理工作的，它们都使用基于交流电流的物理现象。19世纪30年代，迈克尔法拉第（MiChaeIFaraday）第一次观察到了这一点，当时

5、他发现，第一个带电流的导体可以“诱导”电流在第二个导体中流动。法拉第的发现还提供了电动机、发电机，当然还有感应位置和速度传感器。这类传感器包括简单接近开关、可变电感传感器、可变磁阻传感器、同步、变压器、旋转和线性可变差动变压器（RVDTS&1VDT）。各种各样的接近传感器在简单的接近传感器（有时称为接近开关或PROX开关）中，设备提供电能，使交流电在线圈中流动（有时称为回路、线轴或绕组）。当导电或磁通目标，如钢盘，接近线圈，这会改变线圈的阻抗。当通过阈值时，这将充当目标存在的信号。接近传感器通常用于检测金属目标的简单存在或不存在，并且电气输出通常模拟开关。这些传感器在许多工业应用中得到了广泛的

6、应用，传统开关中的电触点可能会出现问题，尤其是存在大量污垢或水的地方。下次你把你的车通过洗车时，你会看到很多感应式接近传感器。可变磁阻传感器可变电感和可变磁阻传感器通常产生与导电或磁通物体（通常是钢棒）相对于线圈的位移成比例的电信号。与接近传感器一样，线圈的阻抗随目标相对于交流电的线圈的位移而变化。这类装置通常用于测量气缸中活塞的位移，例如在气动或液压系统中。所述活塞可设置为通过所述线圈的外径。同步器同步器测量线圈之间的感应耦合，因为它们是相对于彼此移动的。它们通常是旋转的，需要与运动部件和固定部件（通常称为转子和定子）进行电气连按，它们可以提供极高的精度，并用于工业计量、雷达天线和望远镜。同

7、步器是众所周知的昂贵，现在越来越少，已经被（无刷）解析器所取代。这是另一种形式的感应检测器，但电气连接仅限于定子上的绕组。1VDTsRVDTS和解析器1VDTs、RVDTS和变压器测量线圈之间电感耦合的变化，通常称为一次绕组和二次绕组。一次绕组将能量耦合到二次绕组中，但耦合到每个二次绕组的能量比例随磁通目标的相对位移而变化。在1VDT中，这通常是一种通过绕组孔的金属棒。在RVDT或解析器中，通常是相对于安装在转子外围的绕组旋转的形状转子或磁极件。1VDTs和RVDT的典型应用包括航空航天副翼、发动机和燃料系统控制中的液压伺服。变压器的典型应用包括无刷电机换向器。感应式传感器的一个显著优点是相关

8、的信号处理电路不需要靠近感测线圈。这使得感测线圈位于恶劣的环境中，否则可能会排除其他传感技术，例如磁性或光学，因为它们需要相对精细的硅基电子器件来定位于感测点。应用感应式传感器在困难条件下运行可靠，有很长的历史记录。因此，它们往往是安全相关、安全关键或高可靠性应用的自动选择。这类应用在军事、航空航天、铁路和重工业部门十分普遍。这一稳固声誉的原因与基本物理和操作原则有关，它们一般独立于：动电触点温度湿度、水和凝结外来物质，如污垢、油脂、砂砾和沙子。优势和弱点由于基本操作元件缠绕线圈和金属部件的性质，大多数感应传感器都是非常坚固的。考虑到他们的良好声誉，一个显而易见的问题是：“为什么感应式传感器不

9、被更频繁地使用？”原因是他们的耐用坚固既是优点也是弱点。感应式传感器往往准确、可靠和坚固，但也大、笨重。大量的材料和对精心绕制线圈的要求使得它们生产成本高昂，特别是需要精密绕制的高精度设备。除了简单的接近传感器外，对于许多主流、商业或工业应用来说，更复杂的感应传感器价格昂贵得令人望而却步。感应式传感器相对稀缺的另一个原因是，设计工程师很难对其进行详细说明。这是因为每个传感器通常需要单独指定和购买相关的交流产生电路和信号处理电路。这通常需要大量的模拟电子技术和知识。下一代设备然而，近年来，新一代的感应传感器已经进入市场，不仅在传统市场上，而且在工业、汽车、医疗、公用事业、科学、石油和天然气等领域

10、都有着越来越大的声誉。新一代感应器采用与传统器件相同的基本物理原理，但采用印刷电路板和现代数字电子学，而不是笨重的变压器结构和模拟电子学。该方法具有良好的应用前景，包括二维和三维传感器、短掷(V1mm)线性器件、曲线几何图形和高精度角度编码器等。印刷电路使用的传感器可以打印在薄的柔性基板上，这也可以消除对传统电缆和连接器的需求。这种方法的灵活性无论是从物理上还是从为原始设备制造商提供定制设计的能力，是这种新方法的一个主要优点。与传统的归纳技术一样，该方法在恶劣环境下提供了可靠和精确的测量方法。还有一些重要的优点：降低成本提高准确度减重 简化机械工程，例如消除轴承，密封和衬套。 紧凑的尺寸，特别

11、是与传统的1VDTs相比的行程长度。 简化电气接口，通常是直流电源和绝对数字信号。图像显示了传统的150毫米行程1VDTs及其新一代替代品，这是为一家线性执行器制造商生产的。与“节食前”和“节食后”照片的相似之处是显而易见的。当考虑到新一代设备还包括相关的信号生成和处理电路（没有用传统的1VDTS显示）时，这一点得到了加强。作为比较，新装置提供： 精度提高10倍以上 体重节省95% 所占体积减少75% 节省50%成本 直接生成数字数据，从而消除了从模拟到数字转换的需要。3.1.2.线性可变差动变压器，也就是1VDT感应式位置传感器通过在传感器线圈中感应出的磁场特性的变化来检测物体的位置。第一种

12、是称为1VDT位置传感器或者线性可变差动变压器。在1VDT位置传感器中，三个单独的线圈缠绕在空心管上。其中一个是初级线圈，另外两个是次级线圈。这三个线圈在电气上是串联的，但次级线圈的相位关系是180,相对于初级线圈异相。铁磁芯或电枢放置在空心管内，电枢连接到被测量位置的物体。将激励电压信号施加到初级线圈，在1VDT的次级线圈中感应出EMFo线性可变差动变压器（1VDT位置传感器）通过测量两个次级线圈之间的电压差，可以确定电枢的相对位置（以及它所连接的物体）。当电枢在管子中精确居中时，EMF抵消，导致没有电压输出。但是随着电枢离开零位，电压及其极性会发生变化。所以，电压幅度及其相角用于提供信息，

13、这些信息不仅反映了远离中心（零）位置的移动量，还反映了它的方向。1VDT电感式位置传感器提供良好的精度、分辨率、高灵敏度，并在整个传感范围内提供良好的线性度，无摩擦。虽然1VDT用于跟踪线性运动，但称为RVDT(用于旋转电压差动变压器)的等效设备可以跟踪物体的旋转位置。RVDT的功能与1VDT相同，仅在构造细节上有所不同。3. 1.3.电感式接近传感器电感式接近传感器有四个主要组件；产生电磁场的振荡器，产生磁场的线圈。当物体进入时检测磁场变化的检测电路，以及产生输出信号的输出电路，常闭(NC)或者常闭开(NO)触点。电感式接近传感器允许检测传感器头前面的金属物体，而无需检测到物体本身的任何物理

14、接触，非常适合在肮脏或潮湿的环境中使用。电感式接近传感器的“感应”范围非常小，通常为0.1毫米至12毫米。除工业应用外，电感式接近传感器也常用于通过改变路口和十字路口的交通信号灯来控制交通流量。矩形电感线圈埋入柏油路面。当汽车或其他道路车辆经过此感应回路时，车辆的金属车身会改变回路电感并激活传感器，从而提醒交通信号灯控制器有车辆在等待。这些类型的位置传感器的一个主要缺点是它们是“全向的”，即它们会感应金属物体的上方、下方或侧面。止匕外，尽管电容式接近传感器和超声波接近传感器可用，但它们不能检测非金属物体。其他常用的磁性位置传感器包括：簧片开关、霍尔效应传感器和可变磁阻传感器。3.2. 电容式位

15、置传感器利用金属板、电介质和电极三者组成的电容形成感应电路，测量物体距离电极板的位置，从而实现对物体位置的测量。电容式位置传感器测量范围较广，可以用于小位置、大位置以及非常规形状的被测物体的测量。电容式位置传感器因其体积小、价格低廉，主要应用于家用电器领域。如果电容式位置传感器安装在阀体上，容器可以随意移动。例如，电容式的位置传感器能够检测芳香疗法机的低位置。当传感器检测到香薰机的瓶中只剩下20毫升香精时，它会发出信号提醒。设备收到信号后，打开蜂鸣器报警或点亮提醒。然后用户可以取下瓶子添加液体，或者直接用新的瓶子替换另一个瓶子。电容式位置传感器依靠检测电容值的变化来确定被测物体的位置。电容由彼此分开的两块板组成，两块板之间有介电材料。电容式位置传感器检测物体的位置有两种方法：1、通过改变电容器的介电常数2、通过改变电容器极板的重叠面积在第一种情况下，被测物体附着在介电材料上，其相对于电容板的位置随着物体的移动而变化。随着介电材料的移动，电容器的有效介电常数发生变化，这是由于部分区域的介电材料和其余部分是空气的介电常数的结果。这种方法提供了电容值相对于物体相对位置的线性变化。在第二种情况下，不是将物体连接到介电材料上，而是连接到