電感傳感器測(cè)位移：模擬式傳感器測(cè)量位移的原理
由于式、電感式在原理上有相似之處，以電感式傳感器為例來(lái)介紹模擬式傳感器測(cè)量位移的原理。
電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種結(jié)構(gòu)型傳感器。按其轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感型和互感型兩種，自感型電感傳感器又分為可變磁阻式和渦流式。互感型又稱(chēng)為差動(dòng)變壓器式。
1、可變磁阻式電感傳感器
典型的可變磁阻式電感傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由線(xiàn)圈、鐵心和活動(dòng)銜鐵所組成。在鐵心和活動(dòng)銜鐵之間保持一定的空氣隙，被測(cè)位移構(gòu)件與活動(dòng)銜鐵相連，當(dāng)被測(cè)構(gòu)件產(chǎn)生位移時(shí)，活動(dòng)銜鐵隨著移動(dòng)，空氣隙發(fā)生變化，引起磁阻變化，從而使線(xiàn)圈的電感值發(fā)生變化
圖1 可變磁阻式電感傳感器
當(dāng)線(xiàn)圈通以激磁電流時(shí)，其自感l(wèi)與磁路的總磁阻有關(guān)，即
（1）
式中 w——線(xiàn)圈匝數(shù)；
——總磁阻。
如果空氣隙較小，而且不考慮磁路的損失，則總磁阻為
（2）
式中 l--鐵心導(dǎo)磁長(zhǎng)度（m）；
--鐵心導(dǎo)磁率（h/m）；
a--鐵心導(dǎo)磁截面積（m2）；
--空氣磁導(dǎo)率（h／m），
--空氣隙導(dǎo)磁截面積（）。
由于鐵心的磁阻與空氣隙的磁阻相比是很小的，計(jì)算時(shí)鐵心的磁阻可以忽略不計(jì)，故
（3）
將式（3）代入式（1），得
（4）
式（4）表明，自感l(wèi)與空氣隙的大小成反比，與空氣隙導(dǎo)磁截面積成正比。當(dāng)固定不變，改變時(shí)，l與成非線(xiàn)性關(guān)系，此時(shí)傳感器的靈敏度
（5）
由式（5）得知，傳感器的靈敏度與空氣隙的平方成反比，愈小，靈敏度愈高。由于s不是常數(shù)，故會(huì)出現(xiàn)非線(xiàn)性誤差，同變極距型電容式傳感器類(lèi)似。為了減小非線(xiàn)性誤差，通常規(guī)定傳感器應(yīng)在較小間隙的變化范圍內(nèi)工作。在實(shí)際應(yīng)用中，可取。這種傳感器適用于較小位移的測(cè)量，一般為0.001～1mm。此外，這類(lèi)傳感器還常采用差動(dòng)式接法。圖2為差動(dòng)型磁阻式傳感器，它由兩個(gè)相同的線(xiàn)圈、鐵心及活動(dòng)銜鐵組成。當(dāng)活動(dòng)銜鐵接于中間位置（位移為零）時(shí)，兩線(xiàn)圈的自感l(wèi)相等，輸出為零。當(dāng)銜鐵有位移時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)圈的間隙為，這表明一個(gè)線(xiàn)圈自感增加，而另一個(gè)線(xiàn)圈自感減小，將兩個(gè)線(xiàn)圈接入電橋的相鄰臂時(shí)，其輸出的靈敏度可提高一倍，并改善了線(xiàn)性特性，消除了外界干擾。
可變磁阻式傳感器還可做成如圖3所示改變空氣隙導(dǎo)磁截面積的形式，當(dāng)固定，改變空氣隙導(dǎo)磁截面積時(shí)，自感l(wèi)與呈線(xiàn)性關(guān)系。
圖2 可變磁阻差動(dòng)式傳感器 圖3 可變磁阻面積型電感傳感器
如圖3所示，在可變磁阻螺管線(xiàn)圈中插入一個(gè)活動(dòng)銜鐵，當(dāng)活動(dòng)銜鐵在線(xiàn)圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁阻將變化，導(dǎo)致自感l(wèi)的變化。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但是其靈敏度較低，適合于測(cè)量比較大的位移量。
2、渦流式傳感器
渦流式傳感器的變換原理，是利用金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。如圖4所示，金屬板置于一只線(xiàn)圈的附近，它們之間相互的間距為。當(dāng)線(xiàn)圈輸入一交變電流i0時(shí)，便產(chǎn)生交變磁通量。金屬板在此交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流i，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱(chēng)之為“渦電流”或“渦流”。渦流的大小與金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、厚度h、金屬板與線(xiàn)圈的距離、激勵(lì)電流角頻率等參數(shù)有關(guān)。若改變其中某一參數(shù)，而固定其他參數(shù)不變，就可根據(jù)渦流的變化測(cè)量該參數(shù)。
渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩種。
（1）高頻反射式渦流傳感器 如圖5所示，高頻（>;1mhz）激勵(lì)電流產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于集膚效應(yīng)，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時(shí)，該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線(xiàn)圈，引起線(xiàn)圈自感l(wèi)或阻抗的變化，其變化與距離、金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、激勵(lì)電流i及角頻率等有關(guān)，若只改變距離而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈自感的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測(cè)量。
圖4 可變磁阻螺管型傳感器 圖5 高頻反射式渦流傳感器
（2）低頻透射式渦流傳感器 低頻透射式渦流傳感器的工作原理如圖6所示，發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈分別置于被測(cè)金屬板材料g的上、下方。由于低頻磁場(chǎng)集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l（音頻范圍）電壓加到線(xiàn)圈的兩端后，所產(chǎn)生磁力線(xiàn)的一部分透過(guò)金屬板材料g，使線(xiàn)圈產(chǎn)生電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。但由于渦流消耗部分磁場(chǎng)能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減少，當(dāng)金屬板材料g越厚時(shí)，損耗的能量越大，輸出電動(dòng)勢(shì)越小。因此，的大小與g的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)。試驗(yàn)表明，隨材料厚度入的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少，如圖6（b）所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用的變化即可測(cè)量其厚度。
3、互感型差動(dòng)變壓器式電感傳感器
互感型電感傳感器是利用互感m的變化來(lái)反映被測(cè)量的變化。這種傳感器實(shí)質(zhì)是一個(gè)輸出電壓的變壓器。當(dāng)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈輸入穩(wěn)定交流電壓后，次級(jí)線(xiàn)圈便產(chǎn)生感應(yīng)電壓輸出，該電壓隨被測(cè)量的變化而變化。
差動(dòng)變壓器式電感傳感器是常用的互感型傳感器，其結(jié)構(gòu)形式有多種，以螺管形應(yīng)用較為普遍，其結(jié)構(gòu)及工作原理如圖7（a）、（b）所示。傳感器主要由線(xiàn)圈、鐵心和活動(dòng)銜鐵三個(gè)部分組成。線(xiàn)圈包括一個(gè)初級(jí)線(xiàn)圈和兩個(gè)反接的次級(jí)線(xiàn)圈，當(dāng)初級(jí)線(xiàn)圈輸入交流激勵(lì)電壓時(shí)，次級(jí)線(xiàn)圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和。由于兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈極性反接，因此傳感器的輸出電壓為兩者之差，即=－。活動(dòng)銜鐵能改變線(xiàn)圈之間的耦合程度。輸出的大小隨活動(dòng)銜鐵的位置而變。當(dāng)活動(dòng)銜鐵的位置居中時(shí)，即=，=0；當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移時(shí)，即>;，>;0；當(dāng)活動(dòng)銜鐵向下移時(shí)，即<，<0。活動(dòng)銜鐵的位置往復(fù)變化，其輸出電壓，也隨之變化，輸出特性如圖7（c）所示。
圖6 低頻投射式渦流傳感器
（a）原理圖；（b）曲線(xiàn)圖
圖7 差動(dòng)變壓器式電感傳感器
（a）、（b）工作原理 （c）輸出特性
圖8 查動(dòng)相敏檢波電路的工作原理
值得注意的是：首先，差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的電壓是交流電壓，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應(yīng)鐵心位移的大小，而不能反應(yīng)移動(dòng)的極性；其次，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，零點(diǎn)殘余電壓是由于兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，以及初級(jí)線(xiàn)圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線(xiàn)圈間分布電容等原因所形成。所以，即使活動(dòng)銜鐵位于中間位置時(shí)，輸出也不為零。鑒于這些原因，差動(dòng)變壓器的后接電路應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵心位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。
圖8是用于小位移的差動(dòng)相敏檢波電路的工作原理。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻r，使零點(diǎn)殘余電壓減小；當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，鐵心移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波、濾波后得到直流輸出。由表頭指示輸入位移量的大小和方向。
差動(dòng)變壓器傳感器具有精度高（達(dá)0.1um量級(jí)），線(xiàn)圈變化范圍大（可擴(kuò)大到±l00mm，視結(jié)構(gòu)而定），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于直線(xiàn)位移及其它壓力、振動(dòng)等參量的測(cè)量。圖9是電感測(cè)微儀所用的差動(dòng)型位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖9螺旋差動(dòng)型 傳感器結(jié)構(gòu)圖
對(duì)于電容式傳感器是依據(jù)電容的大小與組成電容的兩極板的面積或介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，與極板間的距離成反比的原理設(shè)計(jì)的。位移測(cè)試時(shí)，通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)使位移變化引起面積或極板間距離的變化就可以改變電容的大小，反之，檢測(cè)電容的值也就可以測(cè)算出位移的變化。
電感傳感器測(cè)位移：電感式傳感器
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電感式傳感器
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本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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。
電感式傳感器是利用線(xiàn)圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。利用電感式傳感器，能對(duì)位移、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、流量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)及測(cè)量精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。它的主要缺點(diǎn)是響應(yīng)較慢，不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量，而且傳感器的分辨率與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大，分辨率低，反之則高。
[1]
中文名
電感式傳感器
外文名
Inductance Type Transducer
應(yīng)用學(xué)科
物理
自感式
變磁阻式傳感器
互感式
差動(dòng)變壓器式傳感器
目錄
1
裝置簡(jiǎn)介
2
工作原理
3
裝置分類(lèi)
4
裝置應(yīng)用
5
優(yōu)缺點(diǎn)
6
產(chǎn)品選購(gòu)
7
產(chǎn)品要求
電感式傳感器裝置簡(jiǎn)介
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語(yǔ)音
電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、 振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈自感量L或互感量M的變化, 再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出。電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 工作可靠, 測(cè)量精度高, 零點(diǎn)穩(wěn)定, 輸出功率較大等一系列優(yōu)點(diǎn), 其主要缺點(diǎn)是靈敏度、線(xiàn)性度和測(cè)量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應(yīng)低, 不適用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式傳感器種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流式傳感器三種。
電感式傳感器工作原理
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語(yǔ)音
電感式傳感器的工作原理是電磁感應(yīng)。它是把被測(cè)量如位移等，轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動(dòng)變壓器式）兩種
[2]
。變磁阻式傳感器
圖1
當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中電流i變化時(shí)，該電流產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化，因而在線(xiàn)圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為自感。產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)稱(chēng)為自感電勢(shì)。變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由線(xiàn)圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線(xiàn)圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。特點(diǎn)：變磁阻式傳感器具有很高的靈敏度，這樣對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大倍數(shù)要求低。但是受氣隙δ寬度的影響，該類(lèi)傳感器的測(cè)量范圍很小。可變磁阻式傳感器自感自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積S0成正比。靈敏度S與氣隙長(zhǎng)度δ的平方成反比，δ愈小，靈敏度S愈高。為了減小非線(xiàn)性誤差，在實(shí)際應(yīng)用中，一般取。這種傳感器適用于較小位移的測(cè)量，一般約為0.001～1 mm。差動(dòng)變壓器式傳感器互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈互感的變化。由于常采用兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈組成差動(dòng)式，故又稱(chēng)差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應(yīng)鐵芯位移的大小，而不能反應(yīng)移動(dòng)的極性；同時(shí)，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，使活動(dòng)銜鐵位于中間位置時(shí)，輸出也不為零。因此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵芯位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。
圖2
把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈互感變化的傳感器稱(chēng)為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，故稱(chēng)差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線(xiàn)管式等。變隙式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。圖2中r1a與L1a , r1b與L1b , r2a與L2a , r2b與L2b，分別為W1a , W1b , W2a, W2b繞阻的直流電阻與電感。電渦流式傳感器
圖3
金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中旋渦一樣在導(dǎo)體轉(zhuǎn)圈，這種現(xiàn)象稱(chēng)為渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。 根據(jù)法拉第定律，當(dāng)傳感器線(xiàn)圈通以正弦交變電流I1時(shí)，線(xiàn)圈周?chē)臻g必然產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H1，使置于此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流I2，I2又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)H2。
電感式傳感器裝置分類(lèi)
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語(yǔ)音
電感式傳感器分為 3 種類(lèi)型：改變氣隙厚度 δ 的自感傳感 器，即變間隙式電感傳感；改變氣隙截面 S 的自感傳感器，即 變截面式電感傳感器；同時(shí)改變氣隙厚度 δ 和氣隙截面 S 的自 感傳感器，即螺管式電感傳感器。變間隙型電感傳感器這種傳感器的氣隙 δ 隨被測(cè)量的變 化而改變，從而改變磁阻。 它的靈敏度和非線(xiàn)性都隨氣隙的增 大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧． δ 一般取在 0． 1 ～ 0． 5 毫 米之間。改變面積型電感傳感器這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的 相對(duì)覆蓋面積( 即磁通截面) 隨被測(cè)量的變化而改變，從而改 變磁阻． 它的靈敏度為常數(shù)，線(xiàn)性度也很好。 螺管插鐵型電感傳感器。 它由螺管線(xiàn)圈和與被測(cè)物體相連 的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線(xiàn)圈磁力線(xiàn)泄漏路徑上磁阻 的變化。 銜鐵隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)改變了線(xiàn)圈的電感量。這種傳 感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作。螺管插鐵型電感傳感器它由螺管線(xiàn)圈和與被測(cè)物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線(xiàn)圈磁力線(xiàn)泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)改變了線(xiàn)圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作。
電感式傳感器裝置應(yīng)用
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語(yǔ)音
傳感器作為采集和獲取信息的工具，對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化檢測(cè)和質(zhì)量監(jiān)測(cè)起著重要作用。電感式傳感器是一種互感式電感傳感器，它可將微小的機(jī)械量，如位移、振動(dòng)、壓力造成的長(zhǎng)度、內(nèi)徑、外徑、不平行度、不垂直度、偏心、橢圓度等非電量物理量的幾何變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的微小變化，轉(zhuǎn)化為電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，是一種靈敏度較高的傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、輸出功率大、抗阻抗能力強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境要求不高、穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于各種工程物理量檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中
[3]
。比如:用電感式位移傳感器提高軸承制造的精度；用電感測(cè)微儀測(cè)量微小精密尺寸的變化；實(shí)現(xiàn)液壓閥開(kāi)口位置的精準(zhǔn)測(cè)量；用于設(shè)計(jì)智能紡織品的柔性傳感器；用電感傳感器原理的孔徑錐度誤差測(cè)量?jī)x；用電感傳感器檢測(cè)潤(rùn)滑油中磨粒；用電感傳感器監(jiān)測(cè)吊具導(dǎo)向輪等等
[4]
。電感傳感器還可用作磁敏速度開(kāi)關(guān)、齒輪齡條測(cè)速等，該類(lèi)傳感器廣泛應(yīng)用于紡織、化纖、機(jī)床、機(jī)械、冶金、機(jī)車(chē)汽車(chē)等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測(cè)，鏈 輸送帶的速度和距離檢測(cè)，齒輪齡計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)速表及汽車(chē)防護(hù)系統(tǒng)的控制等。另外該類(lèi)傳感器還可用在給料管系統(tǒng)中小物體檢測(cè)、物體噴出控制、斷線(xiàn)監(jiān)測(cè)、小零件區(qū) 分、厚度檢測(cè)和位置控制等。電感式位移傳感器利用導(dǎo)線(xiàn)制成特定的線(xiàn)圈繞組，根據(jù)其位移量的變化而使繞組線(xiàn)圈的白感量或是互感量發(fā)生變化來(lái)進(jìn)行位移測(cè)量，因此根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理電感式位移傳感器可分為自感型和互感型兩大類(lèi)。電感式位移傳感器是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)科科學(xué)技術(shù)上，尤其是在白動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)械加工與測(cè)量行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛
[5]
。
電感式傳感器優(yōu)缺點(diǎn)
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語(yǔ)音
電感式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠；(2) 靈敏度高，最高分辨力達(dá)0.1μm ；(3) 測(cè)量精確度高，輸出線(xiàn)性度可達(dá)±0.1% ；(4) 輸出功率較大，在某些情況下可不經(jīng)放大，直接接二次儀表。其缺點(diǎn)是：(1) 傳感器本身的頻率響應(yīng)不高，不適于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量；(2) 對(duì)激磁電源的頻率和幅度的穩(wěn)定度要求較高;(3) 傳感器分辨力與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大，分辨力低，反之則高。
電感式傳感器產(chǎn)品選購(gòu)
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(1) 方案選擇在選擇方案之前應(yīng)首先弄清給定的技術(shù)指標(biāo)，如示值范圍、示值誤差、分辨力、重復(fù)性誤差、時(shí)漂、溫漂、使用環(huán)境等。(2) 鐵心材料的選擇鐵心材料選擇的主要依據(jù)是要具有較高的導(dǎo)磁系數(shù)，較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和較小的磁滯損耗，剩磁 和矯頑磁力 都要小。另外，還要求電阻率大，居里點(diǎn)溫度高，磁性能穩(wěn)定，便于加工等。常用導(dǎo)磁材料有鐵氧體、鐵鎳合金、硅鋼片和純鐵。(3)電源頻率的選擇提高電源頻率有下列優(yōu)點(diǎn)：能提高線(xiàn)圈的品質(zhì)因數(shù)；靈敏度有一定的提高；適當(dāng)提高頻率還有利于放大器的設(shè)計(jì)。但是，過(guò)高的電源頻率也會(huì)帶來(lái)缺點(diǎn)，如鐵心渦流損耗增加；導(dǎo)線(xiàn)的集膚效應(yīng)等會(huì)使靈敏度減低；增加寄生電容（包括線(xiàn)圈匝間電容）以及外界干擾的影響。
電感式傳感器產(chǎn)品要求
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1、檢測(cè)距離的衰減性。滑翹為鐵質(zhì)，適合電感式傳感器檢測(cè)；而滑翹被測(cè)部分的尺寸略小于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物尺寸（標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)物尺寸為3倍額定檢測(cè)距離，此應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)尺寸應(yīng)為120*120mm），這樣的話(huà)就會(huì)有一定的衰減。2、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。這個(gè)是不容忽視的問(wèn)題，普通電感式傳感器容易被電機(jī)或變頻器干擾，很多技術(shù)人員只對(duì)在此附近的應(yīng)用選擇相應(yīng)強(qiáng)抗電磁干擾的傳感器。但在汽車(chē)制造車(chē)間，廠房大，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員習(xí)慣使用對(duì)講機(jī)溝通，尤其是邊走邊用對(duì)講機(jī)對(duì)話(huà)時(shí)，會(huì)不經(jīng)意的靠近傳感器，導(dǎo)致短暫失效。3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及，傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升，其機(jī)械方面的設(shè)計(jì)也越來(lái)越人性化。要在最大程度的實(shí)現(xiàn)人性化安裝。減少了多種近似產(chǎn)品的備貨和減少了安裝、維護(hù)的時(shí)間。4、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。在車(chē)廠的使用中，要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外，滑翹經(jīng)過(guò)軌道時(shí)，震動(dòng)是長(zhǎng)期存在的，優(yōu)異的抗震動(dòng)性同樣是有著非常重要的作用
[6]
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電感式傳感器具有哪些顯著特點(diǎn)？
電感式傳感器是利用線(xiàn)圈自感或互感的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置，被大量應(yīng)用在各行各業(yè)，特別是機(jī)床行業(yè)和汽車(chē)制造等行業(yè)。電感式傳感器通常由振蕩器、開(kāi)關(guān)電路及放大輸出電路三大部分組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)活動(dòng)電觸點(diǎn)，工作壽命長(zhǎng)，而且靈敏度和分辨力高，輸出信號(hào)強(qiáng)。線(xiàn)性度和重復(fù)性都比較好，能...
2020-11-200
長(zhǎng)江傳感
上海長(zhǎng)江電氣設(shè)備集團(tuán)有限公司官方帳號(hào)
電感式傳感器在數(shù)控切割機(jī)中割炬定位及防碰撞保護(hù)的應(yīng)用
數(shù)控切割機(jī)是工業(yè)領(lǐng)域在生產(chǎn)制造過(guò)程中的重要設(shè)備，更是型鋼、鋼板及鋼管熱切割中的必要工序。從早期替代手工下料，到現(xiàn)在完全依賴(lài)數(shù)控切割機(jī)。這類(lèi)技術(shù)的發(fā)展為機(jī)械、冶金、化工、造船和橋梁等行業(yè)帶來(lái)了巨大的生產(chǎn)力，如今已很難想象沒(méi)有數(shù)控切割機(jī)的場(chǎng)景。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化不斷的發(fā)展，等離子...
2020-10-231
參考資料
1.
祝詩(shī)平．傳感器與檢測(cè)技術(shù)：北京大學(xué)出版社，中國(guó)林業(yè)出版社，2006年：114
2.
電感式傳感器原理
．大比特商務(wù)網(wǎng)[引用日期2015-06-30]
3.
電感式傳感器應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)
．中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)[引用日期2013-06-21]
4.
陳宏. 電感式傳感器最佳工作條件[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2016,03:32-36+55.
5.
秦亮亮. 開(kāi)關(guān)電感式位移傳感器的研究與設(shè)計(jì)[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.
6.
陳杰．傳感器與檢測(cè)技術(shù)：高等教育出版社，2002.8：45
電感傳感器測(cè)位移：電感式位移傳感器是通過(guò)檢測(cè)（）的變化來(lái)檢測(cè)被測(cè)量的位移。
下列說(shuō)法正確的是（） ["維生素D攝入不足易發(fā)生骨質(zhì)疏松","活動(dòng)過(guò)少者易發(fā)生骨質(zhì)疏松","成年后的體力活動(dòng)是刺激骨形成的一種方式","失重易發(fā)生骨質(zhì)疏松","光照減少易發(fā)生骨質(zhì)疏松"]
滾珠絲杠副中采用雙螺母是為了便于（）間隙的調(diào)整。
著火油罐隨時(shí)可能發(fā)生爆炸，滅火人員千萬(wàn)不能靠近油罐，可采用（）的方法滅火。 ["關(guān)閉油罐蓋子","覆蓋麻袋","噴射水流","覆蓋浸濕的棉被"]
傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有：（）、（）、（）、（）和（）等。
原發(fā)性甲狀旁腺功能減退癥與原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的區(qū)別是（） ["尿磷／肌酐降低","血鈣降低","為PTH缺乏引起","血磷升高","PTH降低"]
電感式位移傳感器是通過(guò)檢測(cè)（）的變化來(lái)檢測(cè)被測(cè)量的位移。
電感傳感器測(cè)位移：電感式位移測(cè)量傳感器和用于操作所述傳感器的方法
電感式位移測(cè)量傳感器和用于操作所述傳感器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序的電感式位移測(cè)量傳感器和用于操作所述傳感器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以無(wú)接觸方式工作的電感式位移測(cè)量系統(tǒng)是測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中已知的。因此，具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的對(duì)應(yīng)傳感器布置出現(xiàn)在US 5，898，304 Al中，其中提供了測(cè)量線(xiàn)圈和評(píng)估單元，用來(lái)進(jìn)行對(duì)測(cè)量信號(hào)的檢測(cè)、處理和評(píng)估。
[0003]其中所描述的ANN包括輸入層、至少一個(gè)(隱蔽的)中間層、輸出層，以及在兩個(gè)單獨(dú)層之間的連接點(diǎn)處提供的加權(quán)。在學(xué)習(xí)階段確定相應(yīng)加權(quán)因數(shù)的適合值，在所述學(xué)習(xí)階段中，在具有已知材料并且與傳感器隔開(kāi)已知距離的數(shù)個(gè)不同目標(biāo)物體上進(jìn)行測(cè)試測(cè)量。傳感器布置應(yīng)適于不取決于相應(yīng)目標(biāo)物體的材料來(lái)確定距離和厚度。
[0004]在所提及的位移測(cè)量系統(tǒng)中，由測(cè)量線(xiàn)圈測(cè)量的電感數(shù)據(jù)需要借助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)進(jìn)行頻譜分析。這樣做的依據(jù)是測(cè)量的頻譜對(duì)與目標(biāo)物體相隔的空間距離的相依性。在頻譜分析期間，對(duì)測(cè)量的瞬時(shí)不同的電壓和電流變量執(zhí)行特別是數(shù)值計(jì)算，這意味著相當(dāng)大的計(jì)算工作量，并且阻礙了傳感器的緊湊構(gòu)造方法以及節(jié)約成本的實(shí)現(xiàn)方式。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目標(biāo)是指定在開(kāi)頭提及的類(lèi)型的電感式位移測(cè)量傳感器，其消除了所提及現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明是基于如下認(rèn)識(shí):這里涉及的位移測(cè)量系統(tǒng)或?qū)?yīng)的位移測(cè)量傳感器不需要所提及的頻譜分析，因?yàn)榕c測(cè)量的瞬時(shí)變化信號(hào)相比，計(jì)算出的頻率頻譜并不包含額外信息，所述頻率頻譜是根據(jù)所述信號(hào)計(jì)算出的。另外，根據(jù)目前的研究結(jié)果，在基于ANN的頻率頻譜評(píng)估時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)距離測(cè)量有用的頻譜或時(shí)間特征。
[0007]與此相反，本發(fā)明提出直接借助于ANN，即，在無(wú)需中間頻譜分析的情況下，來(lái)評(píng)估由測(cè)量線(xiàn)圈檢測(cè)到的瞬時(shí)變化信號(hào)。優(yōu)選因此由ANN評(píng)估來(lái)自要測(cè)量的目標(biāo)物體的脈沖響應(yīng)，所述脈沖響應(yīng)是由發(fā)射器線(xiàn)圈所發(fā)射的非周期性(瞬態(tài))信號(hào)引起。脈沖響應(yīng)大致上是由在目標(biāo)物體中感生的渦電流和磁性極化生成。ANN供應(yīng)目標(biāo)物體的距離數(shù)據(jù)作為輸出信號(hào)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的位移測(cè)量傳感器具有特性線(xiàn)，所述特性線(xiàn)不取決于周?chē)鷾囟然騻鞲衅鞯牟僮鳒囟纫约皩⒈粶y(cè)量的目標(biāo)物體的相應(yīng)材料。在這個(gè)特性線(xiàn)中，應(yīng)用由位移測(cè)量傳感器供應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)(例如，距離數(shù)據(jù))，對(duì)上(versus)以另一種方式確定的實(shí)際距離。針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的位移測(cè)量傳感器產(chǎn)生的特性線(xiàn)優(yōu)選地形成為線(xiàn)性的，或表示至少?lài)?yán)格單調(diào)運(yùn)行的曲線(xiàn)。在線(xiàn)性進(jìn)程的理想情況中，特性線(xiàn)的梯度大致上對(duì)應(yīng)于值I。
[0009]由于借助于ANN直接評(píng)估電感檢測(cè)的測(cè)量信號(hào)，S卩，在不要求中間頻譜分析的情況下，這樣大大減少了傳感器結(jié)果的硬件開(kāi)支，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)了緊湊得多的構(gòu)造。例如，從而允許將ANN和另外要求的邏輯電路整合到微控制器中，因此可明顯減少生產(chǎn)成本。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的電感式位移測(cè)量傳感器適于確定將被測(cè)量的金屬目標(biāo)物體的距離、空間方位、厚度和材料性質(zhì)，具有本文描述的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]必須注意，可根據(jù)傳感器的使用目的以如下這種方式對(duì)ANN進(jìn)行配置或編程實(shí)現(xiàn)了特定于材料的測(cè)量，而不是所提及的不取決于材料的測(cè)量。
[0012]還必須強(qiáng)調(diào)，位移測(cè)量傳感器可以只是優(yōu)選地用于電感式工作的位移測(cè)量系統(tǒng)，并且根本上也能夠在具有本文針對(duì)非電感式工作的位移測(cè)量系統(tǒng)所描述的優(yōu)點(diǎn)的情況下使用，其中評(píng)估對(duì)應(yīng)的脈沖響應(yīng)。非電感式工作的位移測(cè)量傳感器的實(shí)例是光學(xué)方式、聽(tīng)覺(jué)方式(超聲)或以電容方式工作的傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1借助于框圖、使用距離傳感器的實(shí)例，展示了根據(jù)本發(fā)明的位移測(cè)量傳感器的示例性實(shí)施方案；
[0014]圖2展示人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的示例性實(shí)施方案；
[0015]圖3示出在測(cè)量信號(hào)之間的典型的瞬時(shí)連接、數(shù)字化波形和輸入數(shù)據(jù)；
[0016]圖4展示根據(jù)本發(fā)明的用來(lái)示教或訓(xùn)練圖1所示的距離傳感器的方法的示例性實(shí)施方案；
[0017]圖5使用接近開(kāi)關(guān)的實(shí)例來(lái)展示根據(jù)本發(fā)明的用于操作圖1所示的距離傳感器的方法的示例性實(shí)施方案；
[0018]圖6展示特性線(xiàn)圖，用來(lái)比較用ANN計(jì)算出的距離數(shù)據(jù)與以另一種方式測(cè)量的參考數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1所示的電感式距離傳感器I包括:(模擬)傳感器或測(cè)量變換器10、計(jì)時(shí)單元
20、用來(lái)使檢測(cè)信號(hào)數(shù)字化的數(shù)字化單元30、信號(hào)評(píng)估單元40以及輸出單元50。在示例性實(shí)施方案中，提及的功能部件布置在單個(gè)殼體5中。計(jì)時(shí)單元20、數(shù)字化單元30以及信號(hào)評(píng)估單元40具體是在微控制器4中實(shí)施。距離傳感器I另外還包括這里沒(méi)有展示的電壓供應(yīng)源。
[0020]測(cè)量變換器10包括至少一個(gè)發(fā)射器線(xiàn)圈11、至少一個(gè)接收器線(xiàn)圈12、用于發(fā)射器線(xiàn)圈11的運(yùn)算放大器13、觸發(fā)的波形發(fā)生器14以及運(yùn)算放大器15，所述運(yùn)算放大器15連接至接收器線(xiàn)圈12并且處理分別被施加的信號(hào)。發(fā)射器線(xiàn)圈11和接收器線(xiàn)圈12表示距離傳感器I的主要傳感器元件。
[0021]數(shù)字化單元30包括A/D轉(zhuǎn)換器31和用來(lái)存儲(chǔ)波形的存儲(chǔ)器32。信號(hào)評(píng)估單元40包括用于減少采樣數(shù)的下采樣器41以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)42。這個(gè)布置允許借助于ANN 42直接評(píng)估目標(biāo)物體2的取決于時(shí)間的(瞬態(tài))脈沖響應(yīng)，所述脈沖響應(yīng)相對(duì)于采樣率被下采樣。
[0022]圖2展示ANN的結(jié)構(gòu)。在圖2中，只是為了描述目的，將布置在輸入層200和隱蔽層210的神經(jīng)元之間的連接線(xiàn)標(biāo)記為虛線(xiàn)。
[0023]所述ANN包括輸入層200、至少一個(gè)不可見(jiàn)層或隱蔽層210以及輸出層220。輸入層200的每一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)或每一個(gè)輸入神經(jīng)元201-205通過(guò)預(yù)先確定的加權(quán)因數(shù)207以物理方式(電、光學(xué)等等)或邏輯方式連接至布置在隱蔽層210中的每一個(gè)隱蔽神經(jīng)元211-216。布置在隱蔽層210中的每一個(gè)隱蔽神經(jīng)元211-216通過(guò)預(yù)先確定的加權(quán)因數(shù)207連接至布置在輸出層220中的每一個(gè)輸出神經(jīng)元221。
[0024]如果所述ANN具有超過(guò)一個(gè)隱蔽層210，那么所有輸入神經(jīng)元201-205通過(guò)預(yù)先確定的加權(quán)因數(shù)連接至布置在第一隱蔽層210中的每一個(gè)神經(jīng)元，其中前一個(gè)隱蔽層的每一個(gè)神經(jīng)元通過(guò)預(yù)先確定的加權(quán)因數(shù)連接至后一個(gè)隱蔽層的每一個(gè)神經(jīng)元，并且其中最后一個(gè)隱蔽層的所有神經(jīng)元連接至輸出層220的每一個(gè)輸出神經(jīng)元。
[0025]每一個(gè)神經(jīng)元以本質(zhì)上已知的方式對(duì)由各個(gè)前一層提供的并且應(yīng)用了預(yù)先確定的加權(quán)因數(shù)的值執(zhí)行加法，并且借助于神經(jīng)函數(shù)來(lái)評(píng)估所得的總和。這個(gè)評(píng)估的結(jié)果表示各個(gè)神經(jīng)元的輸出值。本質(zhì)上已知的函數(shù)(例如像線(xiàn)性函數(shù)、sigma函數(shù)、雙曲線(xiàn)切線(xiàn)(“tangens hyperbolicus”)或符號(hào)函數(shù))被認(rèn)為是神經(jīng)函數(shù)。
[0026]在本示例性實(shí)施方案中布置在輸出層220中的唯一輸出神經(jīng)元221提供整個(gè)ANN42的輸出值。輸入層200和輸出層220連接至ANN 42的周?chē)诒臼纠詫?shí)施方案中，連接至下采樣器41和輸出單元50，而提及的隱蔽層210不可從外部直接進(jìn)入。
[0027]在目前的研究中，產(chǎn)生了驚人的結(jié)果:當(dāng)只使用輸入層200中的很少神經(jīng)元(并且實(shí)際上在本示例性實(shí)施方案中是5個(gè)神經(jīng)元)以及布置在隱蔽層210中的6個(gè)神經(jīng)元時(shí)，ANN 42已經(jīng)供應(yīng)了不取決于目標(biāo)物體的材料的距離數(shù)據(jù)，其中最大誤差只有2.65%，以及平均誤差是0.79%。這大致對(duì)應(yīng)于具有24個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)或神經(jīng)元和20個(gè)隱蔽神經(jīng)元的ANN拓?fù)渌@得的準(zhǔn)確性。
[0028]比較由這兩個(gè)拓?fù)渲械拿恳粋€(gè)產(chǎn)生的計(jì)算工作量，結(jié)果如下:兩個(gè)拓?fù)渲休^大的一個(gè)需要24*20+20=500次乘法、500次加法以及評(píng)估25個(gè)函數(shù)。與此相反，減小的或簡(jiǎn)化的拓?fù)渲恍枰?*5+6=36次乘法、36次加法以及評(píng)估7個(gè)函數(shù)。根據(jù)這種情況，與較大的拓?fù)湎啾龋瑴p小的拓?fù)鋵?duì)硬件資源的要求大大減少。因此，減小的拓?fù)淇稍诋?dāng)前的微控制器4中實(shí)現(xiàn)，從而在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)供應(yīng)所提及的計(jì)算結(jié)果。因此，對(duì)于以24MHz和32位寬的數(shù)據(jù)通道來(lái)操作的
