位移傳感器應(yīng)用全面解析

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

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(cè)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(kāi)挖系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)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(lái)測(cè)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(cè)量油缸推進(jìn)時(shí)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(shí)，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(guò)查看位移傳感器監(jiān)測(cè)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(shí)監(jiān)控每組油缸的行程和壓力。 通過(guò)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(zhǎng)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(hào)控制單元， 實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)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(hào)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(gè)合適的限度，而且變化要平穩(wěn)，需要有一個(gè)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(wú)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(kāi)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(wú)接觸（相對(duì)間隙寬容度和相對(duì)姿態(tài)寬容度達(dá)50mm）相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jí)的位移量數(shù)字信號(hào)。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(jí)，以便能適應(yīng)5m/S以下運(yùn)動(dòng)速度的位移響應(yīng)。

電梯平層自動(dòng)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(gè)，靜磁柵尺安裝于轎廂上，長(zhǎng)度為1.2米，地下層安裝兩個(gè)靜磁柵源，用于檢測(cè)轎廂是否到底位和運(yùn)動(dòng)方向。

由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)、行程信號(hào)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(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)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(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)靜磁柵源用于檢測(cè)系統(tǒng)的樓層信號(hào)。

采用靜磁柵位移傳感器實(shí)現(xiàn)電梯平層控制。可實(shí)現(xiàn)電梯控制的智能化，電梯運(yùn)行舒適感好，啟動(dòng)、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(duì)來(lái)自控制閥的氣流進(jìn)行的精確監(jiān)測(cè)和控制使燃?xì)廨啓C(jī)得以高效運(yùn)行，同時(shí)能夠最大限度減少能源浪費(fèi)。制動(dòng)器會(huì)移動(dòng)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(kāi)合狀態(tài)和開(kāi)合程度。

雖然也考慮過(guò)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(gè)只包含幾個(gè)線圈和一個(gè)亞鐵芯線的簡(jiǎn)單器件，可以承受高強(qiáng)度的沖擊和振動(dòng)，即使在極臟時(shí)運(yùn)行也能符合規(guī)格。激光遇到灰塵和污垢就無(wú)法發(fā)揮作用，而電容和渦電流傳感器又無(wú)法測(cè)量長(zhǎng)沖程。電位器、磁阻位移傳感器和拉繩式位移傳感器無(wú)法很好地滿足溫度、振動(dòng)和本質(zhì)安全要求。

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

LVDT 線性位移傳感器可以測(cè)量各種大小的移動(dòng)，小到百萬(wàn)分之一英寸，這對(duì)將某些閥門移動(dòng)的測(cè)量精確到微小級(jí)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(kāi)到特定程度，具體取決于發(fā)電量。通過(guò)確認(rèn)閥門已開(kāi)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(duì)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(guó)安全檢測(cè)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(cè)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(kāi)來(lái)。

傳統(tǒng) LVDT 線性位移傳感器的沖程一度對(duì)空間受限的應(yīng)用而言過(guò)長(zhǎng)。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(zhǎng)度相較其可測(cè)量的沖程長(zhǎng)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(wú)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(dòng)定量灌裝機(jī)是目前飲料、酒類生產(chǎn)廠家大量購(gòu)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(gè)電氣聯(lián)控的灌裝閥都配有一個(gè)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(dòng)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(shí)精確計(jì)量并控制是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

動(dòng)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(cè)，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(hào)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(dòng)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(cè)位移值通過(guò)匹配的信號(hào)接口傳送到自動(dòng)化控制系統(tǒng)參與控制，已經(jīng)成熟的解決方案通常會(huì)采用模擬量信號(hào)、SSI串行同步信號(hào)和CANOpen總線信號(hào)三者之一構(gòu)建系統(tǒng)。

位移傳感器在娛樂(lè)動(dòng)感器械中的應(yīng)用

在仿真動(dòng)作的娛樂(lè)動(dòng)感舞臺(tái)上，對(duì)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(lè)場(chǎng)所，從只能容納2至3人的小型機(jī)動(dòng)飛船，到幾十甚至上百人的大型動(dòng)感影院，到處可見(jiàn)。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(chǎng)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(dòng)。它們就普遍采用一些帶位移傳感器的長(zhǎng)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(dòng)作，隨著觀眾的身體移動(dòng)，讓他們體會(huì)到身臨其境的真實(shí)感。

位移傳感器通常被安裝于在長(zhǎng)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(duì)活塞的位置測(cè)量的基礎(chǔ)上，而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

這種情況下，對(duì)于位移傳感器的要求是能提供一個(gè)長(zhǎng)行程，長(zhǎng)達(dá)10米或以上的連續(xù)不斷的位置測(cè)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(shí)，需要對(duì)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(tái)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(shí)，位移傳感器工作壽命長(zhǎng)，就算不幸發(fā)生故障或受到破壞，現(xiàn)場(chǎng)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(duì)精密注塑機(jī)來(lái)說(shuō)，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(shí)，用于控制射膠螺桿的位移來(lái)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(kāi)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(duì)于精密注塑來(lái)說(shuō)是非常重要的。

在這個(gè)循環(huán)工程中，鎖合模、注射臺(tái)移動(dòng)、注塑和頂出制品這幾個(gè)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(wú)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(guò)長(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(lái)說(shuō)，非接觸、無(wú)磨損、堅(jiān)固耐用、安裝方便、外型緊湊、可連接現(xiàn)場(chǎng)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(cè)原理，不但繼承了磁致伸縮直線位移傳感器的眾多優(yōu)勢(shì)，而且在抗磁場(chǎng)干擾、抗振動(dòng)性、外型緊湊程度上都有更好表現(xiàn)。由於采用信號(hào)采集和處理分兩個(gè)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(hào)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(shí)，位移傳感器可以自動(dòng)檢測(cè)到變化，并根據(jù)變化自動(dòng)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(guó)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(shí)配有檢測(cè)信號(hào)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(gè)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(shí)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(gè)電容傳感器的兩個(gè)極板。從內(nèi)殼層中引出一通道于信號(hào)采集系統(tǒng)相連接傳感器工作時(shí)依次通過(guò)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(gè)探頭上端于激光加工機(jī)連接，工作時(shí)激光束通過(guò)內(nèi)層金屬殼穿出。

在激光切割過(guò)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(cè)中的應(yīng)用

對(duì)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(cè)裝置。現(xiàn)有的裝置是稱重裝置，用來(lái)測(cè)試車輛的載荷是否超重，但司機(jī)在交費(fèi)時(shí)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(lái)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(cè)裝置是從源頭上檢測(cè)超載及報(bào)警的裝置。它能通過(guò)檢測(cè)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(gè)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(cè)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(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理和輸出控制信號(hào)；電磁波發(fā)射模塊可以發(fā)射電磁波信號(hào)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(chǎng)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(kāi)發(fā)與應(yīng)用的自動(dòng)測(cè)量與自動(dòng)控制。