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第四章位移物位传感器v4.1电位器式位移传感器v4.2光栅位移传感器v4.3磁栅位移传感器v4.4接近传感器v4.5液位传感器v4.6电容式传感器v4.7流量传感器

4.1电位器式位移传感器

v4.1位移传感器v位移传感器是用来测量位移、距离、位置、尺寸、角度、角位移等几何学量的一种传感器。v根据传感器的信号输出形式，可以分为模拟式和数字式两大类，如图4-1所示。v传感器根据被测物体的运动形式可细分为线性位移传感器和角位移传感器。v位移传感器是应用最多的传感器之一，品种繁多。

电位器式电阻应变式电容式螺旋管电感式差动变压器式模拟式位移传感器数字式光栅式磁栅式图4.1位移传感器的分类

v4.1.1电位器式位移传感器v1.电位器的基本概念v图4-2是电位器的结构图。v它由电阻体、电刷、转轴、滑动臂、焊片等组成，电阻体的两端和焊片A、C相连，因此AC端的电阻值就是电阻体的总阻值。v转轴是和滑动臂相连的，在滑动臂的一端装有电刷，它靠滑动臂的弹性压在电阻体上并与之紧密接触，滑动臂的另一端与焊片B相连。

图4-2电位器的一般结构

v图4-3是电位器电路图。v电位器转轴上的电刷将电阻体电阻R分0为R和R两部分，输出电压为U。122312v改变电刷的接触位置，电阻R亦随之改12变，输出电压U也随之变化。12v常见用于传感器的电位器有：v线绕式电位器、合成膜电位器、v金属膜电位器、导电塑料电位器、v导电玻璃釉电位器、光电电位器。

图4-3电位器电路

v2.电位器的主要技术参数v(1)最大阻值和最小阻值，指电位器阻值变化能达到的最大值和最小值；v(2)电阻值变化规律，指电位器阻值变化的规律，例如对数式、指数式、直线式等；v(3)线性电位器的线性度，指阻值直线式变化的电位器的非线性误差；v(4)滑动噪声，指调电位器阻值时，滑动接触点打火产生的噪声电压的大小。

4.2光栅位移传感器

v4.2光栅位移传感器v莫尔条纹v由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅，如图4-4所示。v用玻璃制成的光栅称为透射光栅，它是在透明玻璃上刻出大量等宽等间距的平行刻痕，每条刻痕处是不透光的，而两刻痕之间是透光的。v光栅的刻痕密度一般为每厘米10、25、50、100线。刻痕之间的距离为栅距W。

图4-4光栅结构放大图

v如果把两块栅距W相等的光栅面平行安装，且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条纹称莫尔条纹。如图4-8所示。v莫尔条纹是光栅非重合部分光线透过而形成的亮带，它由一系列四棱形图案组成，如图4-5中d－d线区所示。v图4-8中f－f线区则是由于光栅的遮光效应形成的。

图4-5莫尔条纹

v莫尔条纹有两个重要的特性：v(1)当指示光栅不动，主光栅左右平移时，莫尔条纹将沿着指示栅线的方向上下移动。v查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光栅左右移动方向。v(2)莫尔条纹有位移的放大作用。当主光栅沿与刻线垂直方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距B。v当两个等距光栅的栅间夹角θ较小时，主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹移动KW距离，K为莫尔条纹的放大系数：

条纹间距与栅距的关系为：当θ角较小时，例如θ=30′，则K=115，表明莫尔条纹的放大倍数相当大。这样，可把肉眼看不见的光栅位移变成为清晰可见的莫尔条纹移动，可以用测量条纹的移动来检测光栅的位移。可以实现高灵敏的位移测量。

v光栅位移传感器的结构及工作原理v如图4-6所示，由主光栅、指示光栅、光源和光电器件等组成。v主光栅和被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移。v用光电器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的距离，也就测得了被测物体的位移量。

图4-6光栅位移传感器的结构原理图

v7.2.3光栅位移传感器的应用v光栅位移传感器：v测量精度高（分辨率为0.1μm），v动态测量范围广（0～1000mm），v可进行无接触测量，v容易实现系统的自动化和数字化。v在机械工业中得到了广泛的应用，特别是在量具、数控机床的闭环反馈控制、工作母机的坐标测量等方面。

4.3磁栅位移传感器

v4.3磁栅位移传感器v磁栅是一种有磁化信息的标尺。v它是在非磁性体的平整表面上镀一层约0.02mm厚的Ni-Co-P磁性薄膜。v并用录音磁头沿长度方向按一定的激光波长λ录上磁性刻度线而构成的。v因此又把磁栅称为磁尺。v磁栅录制后的磁化结构相当于一个个小磁铁按NS、SN、NS……的状态排列起来，如图4-7所示。

图4-7磁栅的基本结构

v磁栅的种类可分