位移传感器的工作原理和常见类型

位移传感器是一种用于监视和测量设备/机器或特定附近物体位置变化的设备，并将其变化为适合传输、处理或控制的信号。目前有不同种类的位置传感器可用，其中位移传感器是一种特定类型的位置传感器。

通常情况下，普通传感器感测物体是否存在，而位移传感器只是检测任何物体从一个位置移动到另一个位置时的位移。因此，位移检测量仅允许确定对象的厚度和高度。

基本概念

位移传感器是一种机电设备，用于将物体的运动转换为静电、电磁或磁电信号，这些信号被读取并解释为数据。位移传感器种类繁多，例如线性和旋转类型。

位移传感器也有助于测量传感器与目标之间的物理距离。大多数位移传感器测量静态和动态位移，因此它们经常用于测量物体的振动。测得的位移范围从微英寸到几英尺不等。

位移传感器的工作原理是基于极其可靠的电感测量原理。这些传感器坚固耐用，非常易于使用并且可以达到高精度。位移传感器在不同的生产、研发领域提供可靠的测量结果。

应用电路

以下电路中使用的位移传感器是电感式传感器，该电路用于使用电感式传感器测量位移。

在上述电路中，变压器包括一个初级绕组和两个次级绕组。两个次级绕组的端点连接在一起，因此可以确定这两个绕组只是串联反向连接。

“VP”电压施加在变压器的初级绕组上，让每个次级绕组上产生的电压为VS1和VS2。因此，“V0”输出电压通过次级绕组的第一点接收。所以输出电压可以表示为V0=VS1–VS2。上述电路中使用的变压器是差分变压器，因为它产生一个o/p电压，这是VS1和VS2的不同之处。

如果铁芯位于中心点，则两个绕组S1和S2两端的感应电压相等。所以，输出电压V0=0。在这种情况下，可以说没有位移。而如果磁芯移动到中心位置以上，则线圈S1内产生的电动势更大，即V1>V2。

同理，如果铁芯位移到中心位置以下，则S2线圈内产生的电动势更大，即V2>V1。

所以在这两种情况下，有两个向上和向下的位移，输出电压“V0”的大小将与磁芯相对于中心的位置成正比。

因此，如果想测量自己身体的位移，那么必须将身体连接到中心磁芯。因此，一旦身体直线移动，磁芯的中点就会发生变化，因此，'V0' 等o/p电压也会相应变化。在这种情况下，可以通过简单地测量o/p电压来获得位移。因此，输出电压的相位和大小对应地表示物体的位移和方向。

主要类型

目前有多种类型的位移传感器可用，例如电位器、应变计、电容式和线性可变差动变压器。因此，下面将讨论每种类型。

1、电阻式传感器

电阻式传感器也称为可变电阻传感器，因为它根据可变电阻转换原理工作的。该传感器是最常用的位移传感器之一，用于测量不同的物理量，如压力、位移、力、温度和振动，并将其转换为电信号。

2、电容式传感器

电容式传感器是一种使用外部电源工作的无源传感器。该传感器主要用于测量压力、位移、运动、力、速度等参数。该传感器根据可变电容原理工作，因此该换能器的电容会由于多种原因而发生变化，例如介电常数，板重叠以及板之间距离内的变化。

电容式传感器是一种无源类型，由于在通过介电材料隔开的电容器板上施加电压，因此在板上产生相等和相反的电荷。

3、线性可变差动变压器

线性可变差动变压器（LVDT）是一种位移传感器，该传感器包括三个对称分布的线圈，其中初级线圈是中心线圈，其余两个线圈是次级线圈。这些主要是串联连接，并且相对于主线圈位置相同。

4、电感式传感器

电感式传感器是一种位移传感器，其工作原理是传感或电磁感应。为了测量必要的物理量，如力、位移、速度、压力、加速度、扭矩，互感或自感是变化的。这种传感器的最好示例是LVDT。

5、应变计

应变式位移传感器用于将压力、位移或负载等物理量转换为机械应变，然后通过在弹性体上安装应变片将这种机械应变转换为电气o/p。应变式位移传感器主要用于测量0～10m范围内的位移。与LVDT相比，该传感器的主体长度较短，并且不受电磁影响。应变式位移传感器具有高度稳定和可靠的性能。

优缺点

位移传感器的优点主要包括以下几个方面：

• 位移传感器具有出色的线性度。
• 具有极高的准确性。
• 具有高达0.01µm的出色分辨率。
• 可以耐受高磁场、放射性环境和宽温度范围。
• 具有强大的设计和出色的稳定性。
• 可以安装在任何方向。
• LVDT类型功耗很低。
• 具有低滞后损耗。
• 测量范围更高。
• 该传感器为无摩擦装置。

位移传感器的缺点主要包括以下几个方面：

• 需要非常大的位移才能产生高电压。
• 需要屏蔽，因为它对磁场非常敏感。
• 传感器性能会受到振动和温度变化的影响。
• 需要一个外部解调器来获得直流输出。
• 动态响应是有限的。

主要应用

位移传感器的应用非常广泛，其中的一些常见应用如下：

• 用于测量传感器尖端与旋转轴之间的相对运动。
• 用于从轴到机器外壳传输极小振动的刚性机械。
• 用于工业部门甚至公共部门，如机器自动化、航空航天和飞机、动力涡轮机、液压系统等。
• LVDT型用于测量范围从毫米到厘米的位移。
• 用于轧制金属板的厚度和测量。
• 在通道内用于张力测量。
• RVDT位移传感器用于飞行控制系统。
• 电位器类型用于测量力、加速度和压力。

总结

众所周知，如果物体在直线内从一个位置移动到另一个位置，则这两个位置之间的长度称为位移。位移是一个物理量，如速度、温度、力等。因此，位移传感器用于将机械振动/运动，特别是直线运动转换为电信号、可变电流或电压，从而测量出物体位移值。