位移傳感器應(yīng)用全面解析

位移傳感器種類繁多，近年來應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，越來越多的創(chuàng)新技術(shù)被運(yùn)用到傳感器中， 我們通過幾種在工業(yè)生產(chǎn)中的典型應(yīng)用，來更多地了解各種不同的位移傳感器。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/365886.htm

位移傳感器在盾構(gòu)機(jī)中的應(yīng)用

在隧道施工設(shè)備中，不同形式的盾構(gòu)機(jī)，其主機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和配套設(shè)施也不相同。在一些復(fù)雜的盾構(gòu)機(jī)上， 盾構(gòu)機(jī)的功能是系統(tǒng)和多樣化的。包括：機(jī)械、液壓、測量和控制等多種功能。例如，在一些復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)上，就包括有開挖系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等多種功能。

作為一種線性傳感器，位移傳感器主要用來測量線性位置上的機(jī)械位移， 在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的每組油缸，都配備有位移傳感器，用于測量油缸推進(jìn)時的位移數(shù)據(jù)。

盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)油缸的分組通常如下圖所示分區(qū)，頂部（A組）、右部（B組）、底部（C組）、左部（D組）。其中每組油缸都單獨(dú)安裝有位移傳感器。

在推進(jìn)時，推進(jìn)油缸伸出，撐靴作用到管片上提供盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)的反力。油缸的壓力可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，通過查看位移傳感器監(jiān)測到的每組油缸的推進(jìn)數(shù)據(jù)，施工人員在控制室內(nèi)可以實(shí)時監(jiān)控每組油缸的行程和壓力。 通過調(diào)整每組油缸的推進(jìn)壓力和速度，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的糾偏和調(diào)向。

靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

電梯是現(xiàn)代建筑內(nèi)關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要交通工具，是樓層用以固定提升的成套設(shè)備， 它由提升曳引系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)、安全裝置和電控系統(tǒng)組成。如何提高電梯的運(yùn)行效率、降低電梯能耗以及減少機(jī)械磨損、延長電梯的使用壽命，都是非常重要的研究課題。

目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號控制單元， 實(shí)現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號集選控制。

靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統(tǒng)中的作用是電梯平層控制的調(diào)整，電控系統(tǒng)是電梯的“中樞神經(jīng)”， 為了使電梯具有較高的運(yùn)行效率，加減速度應(yīng)該有一個合適的限度，而且變化要平穩(wěn)，需要有一個設(shè)計(jì)合理的電控系統(tǒng)。

靜磁柵位移傳感器由“靜磁柵源”和“靜磁柵尺”兩部分結(jié)合使用。“靜磁柵源”使用鋁合金壓封無源釹鐵硼磁柵組成磁柵編碼陣列；“靜磁柵尺”用內(nèi)藏嵌入式微處理器系統(tǒng)的特制高強(qiáng)度鋁合金管材封裝，使用開關(guān)型霍爾傳感器件組成霍爾編碼陣列，鋁合金管材外部使用防氧化鍍塑處理。“靜磁柵源”沿“靜磁柵尺”軸線作無接觸（相對間隙寬容度和相對姿態(tài)寬容度達(dá)50mm）相對運(yùn)動時，由“靜磁柵尺”解析出數(shù)字化位移信息，直接產(chǎn)生高于毫米數(shù)量級的位移量數(shù)字信號。充分發(fā)掘嵌入式微處理器的資源，將數(shù)據(jù)更新速度提高到毫秒數(shù)量級，以便能適應(yīng)5m/S以下運(yùn)動速度的位移響應(yīng)。

電梯平層自動控制系統(tǒng)的控制部分是靜磁柵位移傳感器，安裝圖如下圖所示。

靜磁柵源安裝于電梯井道和室外層平行，每層一個，靜磁柵尺安裝于轎廂上，長度為1.2米，地下層安裝兩個靜磁柵源，用于檢測轎廂是否到底位和運(yùn)動方向。

由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進(jìn)行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時的控制電梯的運(yùn)行。另外，轎廂的位置是由靜磁柵位移傳感器確定，并送 PLC的計(jì)數(shù)器來進(jìn)行控制。同時，每層樓設(shè)置一個靜磁柵源用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。

采用靜磁柵位移傳感器實(shí)現(xiàn)電梯平層控制?？蓪?shí)現(xiàn)電梯控制的智能化，電梯運(yùn)行舒適感好，啟動、減速、平層的舒適感不因轎廂負(fù)載的變化而變化。

LVDT線性位移傳感器保障燃?xì)廨啓C(jī)高效運(yùn)行

燃?xì)廨啓C(jī)包含各種控制閥， 如調(diào)節(jié)氣流或阻止氣流等。 這種對來自控制閥的氣流進(jìn)行的精確監(jiān)測和控制使燃?xì)廨啓C(jī)得以高效運(yùn)行，同時能夠最大限度減少能源浪費(fèi)。制動器會移動控制閥，而反饋器件則將閥門位置信息傳回燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)，指明閥門的開合狀態(tài)和開合程度。

雖然也考慮過使用其他技術(shù)作為反饋器件，但發(fā)電行業(yè)已標(biāo)準(zhǔn)化 LVDT 線性位移技術(shù)。LVDT 位移傳感器是一個只包含幾個線圈和一個亞鐵芯線的簡單器件，可以承受高強(qiáng)度的沖擊和振動，即使在極臟時運(yùn)行也能符合規(guī)格。激光遇到灰塵和污垢就無法發(fā)揮作用，而電容和渦電流傳感器又無法測量長沖程。電位器、磁阻位移傳感器和拉繩式位移傳感器無法很好地滿足溫度、振動和本質(zhì)安全要求。

LVDT 位移傳感器是一個只包含幾個線圈和一個亞鐵芯線的簡單器件，可以承受高強(qiáng)度的沖擊和振動，即使在極臟時運(yùn)行也能符合規(guī)格。

LVDT 線性位移傳感器可以測量各種大小的移動，小到百萬分之一英寸，這對將某些閥門移動的測量精確到微小級別至關(guān)重要。 例如，由于排放閥是調(diào)節(jié)閥，因而必須打開到特定程度，具體取決于發(fā)電量。通過確認(rèn)閥門已開合到適當(dāng)程度，工廠能夠提高運(yùn)行效率，從而達(dá)到節(jié)約燃料的目的。

LVDT 線性位移傳感器如今可使用合金和鈦等現(xiàn)代材料包裝，以應(yīng)對燃?xì)廨啓C(jī)常有的極端溫度和極不穩(wěn)定的環(huán)境。鈷和鎳等特殊合金可使 LVDT 具有更高的性能。

由于燃?xì)廨啓C(jī)中存在氣體蒸汽，因而安裝在燃?xì)廨啓C(jī)上的 LVDT 必須符合本安參數(shù)，而且必須獲得美國安全檢測實(shí)驗(yàn)室公司 （UL）、FM、CSA 和 ATEX 等認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。即使傳感器設(shè)計(jì)為在危險(xiǎn)條件下使用，認(rèn)證也能讓最終用戶放心，讓他們知道傳感器已獲準(zhǔn)在燃?xì)廨啓C(jī)的諸多危險(xiǎn)環(huán)境中使用。

在使用傳感器監(jiān)測燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行狀況或調(diào)節(jié)閥門的環(huán)境中，溫度可以達(dá)到 +250°C 。這些傳感器能夠?qū)⑽挥谌細(xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)上的 LVDT 電子設(shè)備與 LVDT 線圈分隔開來。

傳統(tǒng) LVDT 線性位移傳感器的沖程一度對空間受限的應(yīng)用而言過長。得益于新的計(jì)算機(jī)化繞組技術(shù)和更小的嵌入式微處理器，線性位移傳感器的本體長度相較其可測量的沖程長度而言，已大幅縮短。如今的現(xiàn)代化 LVDT 外形尺寸減小了多達(dá) 80%，適用于任何給定的沖程 ，LVDT 位移傳感器可實(shí)現(xiàn)較高的準(zhǔn)確度和耐用性。

LVDT 線性位移傳感器性能可靠、可重復(fù)使用、準(zhǔn)確度高，而且成本較低，無論是在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行還是在工廠改造項(xiàng)目中皆能發(fā)揮重要作用，最大限度提高效率。

位移傳感器在定量灌裝機(jī)中的高精度控制

旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)是目前飲料、酒類生產(chǎn)廠家大量購置的先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備。采用邊定量邊灌裝的形式：就是每一個電氣聯(lián)控的灌裝閥都配有一個量筒，由液位傳感器（浮子式）控制其定量補(bǔ)液和灌裝，液體先由料缸轉(zhuǎn)移到量筒，然后再灌注到包裝容器。

這是一種動態(tài)計(jì)量定量形式，如何實(shí)現(xiàn)在設(shè)備高速運(yùn)轉(zhuǎn)的同時精確計(jì)量并控制是一個很大的挑戰(zhàn)。

動態(tài)計(jì)量關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)是量筒內(nèi)液位的精確檢測，磁致伸縮位移傳感器以其可靠性、高分辨率、微小的溫漂值和豐富的接口信號完美地契合了精確定量灌裝的技術(shù)要求，成為主流旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)廠家的產(chǎn)品中標(biāo)配組件。

磁致伸縮傳感器的高精度檢測位移值通過匹配的信號接口傳送到自動化控制系統(tǒng)參與控制，已經(jīng)成熟的解決方案通常會采用模擬量信號、SSI串行同步信號和CANOpen總線信號三者之一構(gòu)建系統(tǒng)。

位移傳感器在娛樂動感器械中的應(yīng)用

在仿真動作的娛樂動感舞臺上，對位移傳感器的需求也非常的多。目前，在很多城市的大型娛樂場所，從只能容納2至3人的小型機(jī)動飛船，到幾十甚至上百人的大型動感影院，到處可見。尤其是在大型的主題公園如全球的迪士尼世界、大型影城等場所。為達(dá)到機(jī)械裝置安全性和穩(wěn)定性的要求，這些系統(tǒng)基本上都是以液壓推動。它們就普遍采用一些帶位移傳感器的長行程液壓缸，隨著編定好的程序作出多種不同類型和方向的動作，隨著觀眾的身體移動，讓他們體會到身臨其境的真實(shí)感。

位移傳感器通常被安裝于在長行程的液壓缸上，主要是為了實(shí)現(xiàn)活塞桿的精確位移，這樣才能確保在對活塞的位置測量的基礎(chǔ)上，而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

這種情況下，對于位移傳感器的要求是能提供一個長行程，長達(dá)10米或以上的連續(xù)不斷的位置測量，輸出既穩(wěn)定可靠，外殼又能承受戶外的惡劣條件。需要注意的是，在戶外安裝使用時，需要對位移傳感器和電纜加上適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，以防范下雨、臺風(fēng)和打雷等。

性能較高的一些位移傳感器，比起一些光學(xué)編碼器要好的多，它不用定期重標(biāo)和維護(hù)，也不需要配備冗余的傳感器裝置。同時，位移傳感器工作壽命長，就算不幸發(fā)生故障或受到破壞，現(xiàn)場更換敏感元件也十分方便。

直線位移傳感器在注塑機(jī)上的應(yīng)用

對精密注塑機(jī)來說，位移控制是最為重要的一部分，它直接影響塑料制品的質(zhì)量，而由其表征的速度也關(guān)系著制品的內(nèi)在品質(zhì)和生產(chǎn)效率。

在射膠時，用于控制射膠螺桿的位移來控制熔融物料的用量，以保證精密注塑計(jì)量準(zhǔn)確；準(zhǔn)確控制開鎖模也是精密注塑的必要條件，若位置不夠準(zhǔn)確，則可能產(chǎn)生不完全合模，不能完成注塑。此外， 要嚴(yán)格控制注塑速度，滿足密度均勻。 因此，有效控制注射位置及其表征的速度對于精密注塑來說是非常重要的。

在這個循環(huán)工程中，鎖合模、注射臺移動、注塑和頂出制品這幾個工位是需要精確控制的。 早先的應(yīng)用中，電位計(jì)尺被大量的用於注塑機(jī)上，但是由於這種產(chǎn)品無論是在精度、可靠性、行程和壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及磁致伸縮位移傳感器，因?yàn)槭墙佑|式的，碳刷經(jīng)過長時間重復(fù)使用難免磨損，最終導(dǎo)致失效。而磁致伸縮位移傳感器精度可以滿足要求，但是抗振動能力較差，幷且在安裝上兩端盲區(qū)較大，不適於在空間有限的工位上使用。

因此，現(xiàn)在的位置控制系統(tǒng)從技術(shù)上來說，非接觸、無磨損、堅(jiān)固耐用、安裝方便、外型緊湊、可連接現(xiàn)場總線的位移傳感器便是不能缺少的。

電感式直線位移傳感器采用新的檢測原理，不但繼承了磁致伸縮直線位移傳感器的眾多優(yōu)勢，而且在抗磁場干擾、抗振動性、外型緊湊程度上都有更好表現(xiàn)。由於采用信號采集和處理分兩個電路板的設(shè)計(jì)，使傳感器輸出類型的靈活性大大提高，只需換不同的信號處理電路板就能改變傳感器輸出類型，這使產(chǎn)品成本降低。目前產(chǎn)品的輸出類型包括模擬量電流/電壓型輸出，SSI高分辨率輸出，IO-link型輸出，以及可以訂制總線輸出類型，如Profibus總線、DeviceNet總線、CANopen總線等。

位移傳感器在激光切割中的使用

激光切割頭在工件形狀發(fā)生變化，以及表面出現(xiàn)凹凸不平的障礙時，位移傳感器可以自動檢測到變化，并根據(jù)變化自動調(diào)節(jié)高度，使其始終與工件表面的距離保持一致。這樣可以提高加工速度，而不必持續(xù)監(jiān)督。當(dāng)今國內(nèi)外采用的位移傳感器基本上是電容式，其結(jié)構(gòu)和形狀與加工頭相適應(yīng)，同時配有檢測信號處理單元。

激光頭用位移式電容傳感器與噴嘴體復(fù)合，傳感器由內(nèi)外兩個不同金屬錐形殼套在一起組成。內(nèi)外殼層中間為陶瓷絕緣介質(zhì)，外殼層選擇接地且與內(nèi)層絕緣，傳感器工作時起屏蔽作用。錐形尖端一側(cè)內(nèi)殼層下部連接一環(huán)形金屬片與外層絕緣，此環(huán)形金屬片于金屬工件即構(gòu)成一個電容傳感器的兩個極板。從內(nèi)殼層中引出一通道于信號采集系統(tǒng)相連接傳感器工作時依次通過此通道，金屬內(nèi)殼層使發(fā)射極板（環(huán)形金屬片）帶電，整個探頭上端于激光加工機(jī)連接，工作時激光束通過內(nèi)層金屬殼穿出。

在激光切割過程中，帶有位移傳感器的噴嘴控制著到工件的距離間隙一直，保證了工件的切割質(zhì)量。

位移傳感器在道路運(yùn)輸超載檢測中的應(yīng)用

對車輛超載現(xiàn)象的查處，采取的具體措施是，在公路的收費(fèi)口處設(shè)置車輛超載檢測裝置?，F(xiàn)有的裝置是稱重裝置，用來測試車輛的載荷是否超重，但司機(jī)在交費(fèi)時車輛往往不能準(zhǔn)確停在稱重裝置的受力重心上，這樣稱出來的車輛載荷往往不準(zhǔn)確。

基于光電位移傳感器的車輛超載檢測裝置是從源頭上檢測超載及報(bào)警的裝置。它能通過檢測車架與車橋的距離判斷車輛的載荷情況。

這套裝置的系統(tǒng)包括：安裝于車架上的至少一個位移傳感器、車輛控制器、報(bào)警電路和電磁波發(fā)射模塊。其中，位移傳感器檢測車架與車橋的距離；車輛控制器，則負(fù)責(zé)接收位移傳感器的信號，并對其進(jìn)行處理和輸出控制信號；電磁波發(fā)射模塊可以發(fā)射電磁波信號等。

現(xiàn)今各種位移傳感器都在向著高速度、高精度、多功能、多參數(shù)、小尺寸的方向發(fā)展，已被各軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)市場所接受，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電力、發(fā)電廠、航空航天、冶金、煤炭、石油、鐵路、交通、輕工、紡織、建材、水利等行業(yè)的工礦企業(yè)、科研院所、大專院校、軍工單位產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用的自動測量與自動控制。

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