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对位移传感器的认识

对位移传感器的认识桥梁试验是指应用测试手段,对桥梁结构的整体或主要部件进行检测,了解桥梁结构及其部件的工作状态和承载能力,以验证桥梁结构的设计计算理论,检验施工质量和发现运用中存在的问题等。

桥梁试验用的设备可分为机械式测试仪器,电测仪器和光测仪器三大类。

桥梁常使用的机械式测试仪器,主要有应变计、位移计和振动仪等三大类。

电测仪器一般由传感器、电子测量仪器(主机)和指示记录装置组成。

一,概述传感器。

根据其测试内容的不同,可分为应变传感器、反力传感器、位移传感器、振动传感器等。

根据其转换的原理不同,可分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器等。

其中电阻应变片是在桥梁电测中应用最广泛的一种传感器,它是利用一些金属丝的电阻随其在长度方向的应变,在一定范围内保持线性关系的原理制成的。

为了增大电阻的变化量和减少应变片的长度,通常采用高电阻率的电阻丝绕制成栅状,做成应变片。

测试时,把它牢固地粘贴在测点上,当测点处的基材发生应变时,电阻应变片随之发生应变,其电阻值也作相应的改变,这就达到了非电量向电量的转换。

电阻应变片不但可以测量应变,而且在加上一些附件之后,可以对位移和振动等进行测量。

位移传感器又称为线性传感器,它分为电感式位移传感器,电容式位移传感器,光电式位移传感器,位移传感器超声波式位移传感器,霍尔式位移传感器。

电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件,接通电源后,在开关的感应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应面时,金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量,使振荡器输出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。

二,各种传感器的特点电感式位移传感器具有无滑动触点,工作时不受灰尘等非金属因素的影响,并且低功耗,长寿命,可使用在各种恶劣条件下。

位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。

光电式位移传感器利用激光三角反射法进行测量,对被测物体材质没有任何要求,主要影响为环境光强和被测面是否平整。

比如公路测量用到真尚有的激光位移传感器,就对传感器进行了特殊配置,与普通情况不一样。

位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量,位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。

小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测,大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。

其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点,在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。

三,辨向原理在实际应用中,位移具有两个方向,即选定一个方向后,位移有正负之分,因此用一个光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向。

为了辨向,需要有π/2相位差的两个莫尔条纹信号。

如图2,在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件,得到两个相位差π/2的电信号u01和u02,经过整形后得到两个方波信号u01’和u02’。

光栅正向移动时u01超前u02 90度,反向移动时u02超前u01 90度,故通过电路辨相可确定光栅运动方向。

随着对测量精度要求的提高,以栅距为单位已不能满足要求,需要采取适当的措施对莫尔条纹进行细分。

所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内,发出若干个脉冲,以减少脉冲当量。

如一个周期内发出n个脉冲,则可使测量精度提高n备,而每个脉冲相当于原来栅距的1/n。

由于细分后计数脉冲频率提高了 n倍,因此也称n倍频。

通常用的有两种细分方法:其一、直接细分。

在相差1/4莫尔条纹间距的位置上安放两个光电元件,可得到两个相位差90o的电信号,用反相器反相后就得到四个依次相差90o的交流信号。

同样,在两莫尔条纹间放置四个依次相距1/4条纹间距的光电元件,也可获得四个相位差90o的交流信号,实现四倍频细分。

四,常用传感器特性1,导电塑料位移传感器用特殊工艺将DAP(邻苯二甲酸二稀丙脂)电阻浆料覆在绝缘机体上,加热聚合成电阻膜,或将DAP电阻粉热塑压在绝缘基体的凹槽内形成的实心体作为电阻体。

特点是:平滑性好、分辩力优异耐磨性好、寿命长、动噪声小、可靠性极高、耐化学腐蚀。

用于宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统等。

绕线位移传感器:是将康铜丝或镍铬合金丝作为电阻体,并把它绕在绝缘骨架上制成。

绕线电位器特点是接触电阻小,精度高,温度系数小,其缺点是分辨力差,阻值偏低,高频特性差。

主要用作分压器、变阻器、仪器中调零和工作点等。

2,金属玻璃铀位移传感器用丝网印刷法按照一定图形,将金属玻璃铀电阻浆料涂覆在陶瓷基体上,经高温烧结而成。

特点是:阻值范围宽,耐热性好,过载能力强,耐潮,耐磨等都很好,是很有前途的电位器品种,缺点是接触电阻和电流噪声大。

3,金属膜位移传感器金属膜电位器的电阻体可由合金膜、金属氧化膜、金属箔等分别组成。

特点是分辨力高、耐高温、温度系数小、动噪声小、平滑性好。

4,磁敏式位移传感器消除了机械接触,寿命长、可靠性高,缺点:对工作环境要求较高. 光电式位移传感器: 消除了机械接触,寿命长、可靠性高,缺点:数字信号输出,处理烦琐.5,磁致伸缩式位移传感器磁致伸缩位移(液位)传感器,通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的;该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。

由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触,因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中,不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响。

此外,传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术,因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。

传感器输出信号为绝对位移值,即使电源中断、重接,数据也不会丢失,更无须重新归零。

由于敏感元件是非接触的,就算不断重复检测,也不会对传感器造成任何磨损,可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。

工作原理,磁致伸缩位移(液位)传感器,是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。

测量元件是一根波导管,波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。

测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲,该电流脉冲在波导管内传输,从而在波导管外产生一个圆周磁场,当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时,由于磁致伸缩的作用,波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号,这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输,并很快被电子室所检测到。

由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比,通过测量时间,就可以高度精确地确定这个距离。

由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。

6,高精度位移传感器KD2306是KD2300的更新产品,采用轨导DIN式结构。

本体系非常适合集成到OEM设备和工业控制应用中。

具备卓越的分辨率和速度性能(0.1um分辨率,50kHz高响应),满足各种实际需求,还可选择延长电缆、温度补偿等特殊需求。

可应用于精密测量金属材料的长度、宽度、高度、厚度、圆度等尺寸,位移,变形,振动等。

主要特点:高分辨率和高采样率;可自行调整零位、增益和线性;可选择延长电缆、温度补偿等功能;可测铁磁和非铁磁所有金属材料;具有多传感器同步功能;不受潮湿、灰尘的影响,对环境要求低。

SMT9700埃米级高性能电涡流位移传感器,SMT是一款专门为客户定制的OEM 产品,可测非导磁体和铁磁材料,有1、2或3通道可配电涡流探头。

材料、线性、分辨率、带宽各种性能可自行优化,埃米级分辨率,符合CE和RoHS标准,尺寸小巧,可配13种电涡流探头。

主要用于光学平台位置测量、半导体和光器件的研磨、半导体模板对齐系统、蒸镀系统、电子显微镜垂直轴定位、原子显微镜垂直轴定位、磁悬浮轴控制、部件研磨加工的精确定位、镜片控制、物质收缩测试测量、机械结构变形探测与测试。

主要特点:尺寸小巧,埃米级分辨率,有1、2或3通道可配电涡流探头,可配13种电涡流探头,工作温度:0~70&ordm;C(补偿范围15~55&ordm;C),符合CE和RoHS标准,输出负载电流<20mA(有短路和过载保护),供电电压:15~30V,<50mA(有容错保护、短路保护)。

五,传感器的发展前景。

咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。

调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。

就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场,看好通讯市场前景。

一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。

流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大,分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。

传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems,微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。

其中,无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。

目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。

有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。

新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。

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