BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF

BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF/39529829/39529830：单荣兵
BALLUFF位移传感器 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，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。 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线对模拟 量的智能控制。 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zui高的可达到纳米）、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、检测仪表等中得到日益广泛的应 用。 原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文 Moire，BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF/39529829/39529830：单荣兵
意思 是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样； 如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只 要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光 栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光 栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。 透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅 线，a 为刻线宽，b 为两刻线之间缝宽，W=a+b 称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫 米刻成 10、25、50、100、250 条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。 一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。 为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示 光栅相对移动时， 由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动， 固定在指示光栅侧的光电元件， 将光强变化转换成电信号。 由于光源的大小有限及光栅的衍射作用， 使得信号为脉动信号。 如图 1，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移 x 的函数。 每当 x 变化一个光栅栅距 W，信号就变化一个周期，信号由 b 点变化到 b’点。由于 bb’= W，故 b’点的状态与 b 点状态*一样，只是在相位上增加了 2π。 信号处理 1、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。BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF巴鲁夫位移传感器，德国BALLUFF/39529829/39529830：单荣兵
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 前 u02 90 度，反向移动时 u02 前 u01 90 度，故通过电路辨相 可确定光栅运动方向。 2、细分技术 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 9 0o 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。其二、电路细分。 集成电路 四倍频集成电路 QA740210 同时具有辨相和四倍频细分的功能， 可将两路正交的 方波进行四倍频后产生两路加、减计数信号，可送双时钟可逆计数器进行加、减计数，也 可直接送微型计算机（包括单片机）进行数据处理。 1、特点： ⑴、数字化微分电路：4 路微分信号脉宽由主频周期决定，因此，是一致的，而且可 在很大范围里方便地选择。 ⑵、临界报警与过速报警两档速度提示：可在光栅运动速度接近极限值时给出临界报 警信息， 以便操作者及时控制光栅运动快慢。 在速度过极限值时本电路将给出出错信息。 ⑶、零位控制：零位的设置将给操作者带来许多方便，如故障断电后的重新 定位等。本电路有“到零位开始计数”和“到零位停止计数”，以及“与零位无关” 三种工作模式。 ⑷、片选：本电路设有片选端，可以构成多标数显系统。/39529829/39529830：单荣兵
 ⑸、COMS 工艺：输入输出的电压电流与 4000 系列 CMOS 及 LSTTL 电路兼容。 位移传感器的原理与应用 位移传感器的分类 1、根据运动方式分类: 直线位移传感器 1、根据运动方式分类: 直线位移传感器 原理： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。为了达到这一效果，通 常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻 值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压， 与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可zui大限度降低对滑轨总阻值性的要 求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 LT 直线位移传感器： ⊙ 广泛应用于注塑、机床及机械加工等 ⊙ 无限分辨率 ⊙ 行程：50 至 900mm ⊙ 独立线性度：±0.05% ⊙ 位移速度达到：5m/s、10 m/s 可选 ⊙ 工作温度：-30 至+100℃ ⊙ 多种电气连接方式 ⊙ 保护等：IP60（IP65 可选） 角度位移传感器 2、根据材质分类: 金属膜传感器、导电塑料传感器、光电式传感器、磁敏式传感器、金属玻璃铀传感器、 绕线传感器 电位器式位移传感器 它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关 系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感 器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个 确定关系。图 1 中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电 位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了 位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位 器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移 传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位 器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的 优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 霍耳式位移传感器 它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流 不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁 场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀,霍耳电势与位移的关系越接近于线性。图 2 中是三种产生梯度磁场的磁系统：a 系统的线性范围窄，位移 Z=0 时，霍耳电势≠0；b 系 统当 Z<2 毫米时具有良好的线性，Z=0 时,霍耳电势=0；c 系统的灵敏度高,测量范围小于 1 毫米。图中 N、S 分别表示正、负磁极。霍耳式位移传感器的惯性小、/39529829/39529830：单荣兵
频响高、工作可 靠、寿命长，因此常用于将各种非电量转换成位移后再进行测量的场合。 光电式位移传感器 它根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺 寸。特点是属于非接触式测量，并可进行连续测量。光电式位移传感器常用于连续测量线 材直径或在带材边缘位置控制系统中用作边缘位置传感器。 主要特性参数 ： 标称阻值：电位器上面所标示的阻值。 重复精度:此参数越小越好. 分辨率:位移传感器所能反馈的zui小位移数值.此参数越小越好.导电塑料位移传感器 分辨率为无穷小. 允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示 电位器的精度。允许误差一般只要在 ±20%以内就符合要求,因为一般位移传感器是以分压的方式来使用,具体电阻的大小 对传感器的数据采集没有影响. 线性精度:直线性误差.此参数越小越好. 寿命:导电塑料位移传感器都在 200 万次以上. 常用传感器特性： 常用传感器特性 ： 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*、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。 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。 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。 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. 编辑本段] [编辑本段 编辑本段 传感器市场发展前景咨询公司 INTECHNOCONSULTING 的传感器市场报告显示，2008 年传感器市 场容量为 506 亿美元，预计 2010 年传感器市场可达 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zui快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器 市场分布zui大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长zui快的依旧是汽车市场，占 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zui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（Micr o-Electro-MechanicalSystems，微机电系统）传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，/39529829/39529830：单荣兵
 无线传感器在 2007-2010 年复合年增长率预计会过 25%。 目前，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。 数字激光位移传感器 激光位移传感器可非接触测量被测物体的位置、位移等变化，主要应用于检测物 的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。 按照测量原理,激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角 测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量。 1、 激光三角测量法原理： 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收 器镜头，被内部的 CCD 线性相机接收，根据不同的距离，CCD 线性相机可以在不同的角 度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就 能计算出传感器和被测物体之间的距离。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电 路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按 比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。 另外，模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。<br>贝特威拥有业界zui为齐全的高精度 激光三角测量传感器，zui高分辨率可以达到 0.03um，zui远检测距离可以达到 5.4m,为高 精度测量检测提供全面的解决方案。 2、激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离以达到一定程度的精度。传感器内 部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接收器等部分组成。激光位移传感 器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器，处理器计算激光 脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的 测量结果进行的平均输出。激光回波分析法适合于长距离检测，但测量精度相对于激光三 角测量法要低。
电位器式位移传感器 它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。/39529829/39529830：单荣兵
图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 　　霍耳式位移传感器 它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀,霍耳电势与位移的关系越接近于线性。图2中是三种产生梯度磁场的磁系统：a系统的线性范围窄，位移Z=0时，霍耳电势≠0；b系统当Z<2毫米时具有良好的线性，Z=0时,霍耳电势=0；c系统的灵敏度高,测量范围小于1毫米。图中N、S分别表示正、负磁极。霍耳式位移传感器的惯性小、频响高、工作可靠、寿命长，因此常用于将各种非电量转换成位移后再进行测量的场合。 　　光电式位移传感器 它根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量，并可进行连续测量。光电式位移传感器常用于连续测量线材直径或在带材边缘位置控制系统中用作边缘位置传感器。/39529829/39529830：单荣兵