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如何选择最合适的位移传感器?

日期: 2018-03-21
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当前,非接触式位移传感器技术在需要精密测量的应用领域中快速普及。客户需要完成微米甚至亚微米级别测量,同时可以检测无法用常规接触检测方式检测的被测物体。这些材料包括硅片,玻璃,塑料,微型电子和医疗组件,以及食品表面。

非接触位移传感器技术的普及推动了新技术的发展,包括改造现有技术以满足新的测量要求,并提高测量精度和分辨率。非接触位移传感器具有各种形状,尺寸和测量原理。在实践中,德国米铱公司电涡流位移传感器,激光位移传感器,电容位移传感器和光谱共焦位移传感器使用得最为广泛。

因此,在为不同测量任务选择最合适的位移传感器时,工程师应该更好地理解每种位移传感器的优点和局限性。

电涡流测量原理是一种电感测量方法。探头中的线圈被供应交流电,这使得在线圈周围形成磁场。如果在这个磁场中放置了一个导电物体,就会产生涡流 - 根据法拉第感应定律形成一个电磁场。控制器计算从传感器线圈传输到目标材料的能量变化,并将其转换为位移测量。电涡流位移传感器的优点是这种测量方法可以用于所有的金属,包括铁磁和非铁磁金属。与其他技术相比,电涡流位移传感器的尺寸相对较小,由于本质上讲,电涡流位移传感器需要测量传感器和电缆的电阻量,温度范围相对允许较高。

该技术精度高,不受灰尘,潮湿,油污,高压以及量程范围内其他导电材料的影响。但是,输出和线性度取决于目标的电磁特征。因此,对于高精度测量,需要对被测物进行单独的线性化校准。电涡流位移传感器最大电缆长度为15米。量程越大,传感器直径越大。

电容位移传感器原理,传感器和目标就像一个理想的平行板电容一样工作。两个平板电极由传感器和相对的被测目标形成。如果恒定频率的交流电流流经传感器电容器,则传感器上的交流电压幅度与电容器电极之间的距离成正比。在放大器电路中同时产生一个可调节的补偿电压。两个交流电压解调后,差值被放大并作为模拟信号输出。由于传感器的结构类似于一个保护环电容,所以可以实现几乎理想的对金属靶的线性和分辨率。该技术还提供了高温稳定性,因为目标的电导率变化对测量没有影响。电容式传感器也可以测量绝缘体。

电容位移传感器技术对传感器间隙中的介电常数变化非常敏感,因此在干净,干燥的应用场合中运行效率最高。由于电缆电容对振荡电路调谐的影响,电容位移传感器的电缆长度也相对较短。

激光三角测量原理中,激光二极管将可见光点投射到被测物体的表面上。然后由这个点反射的散射光通过高质量的光学透镜系统投射到CCD阵列上。如果目标相对于传感器改变位置,则反射光投影到CCD阵列上的位置也会相应变化,从而被分析输出传感器距离目标的精确位置。测量数据在集成控制器中进行数字处理,然后通过模拟量(I / U)和数字量接口RS232,RS422或USB转换成输出量。

激光位移传感器的优点包括小光斑,相对长的测量范围以及传感器和目标之间的远安装距离。被测物材料不会影响激光位移传感器的测量。

激光位移传感器三角测量法受到相对较大的传感器设计的限制,并且传感器需要相对干净的光路才能可靠地工作。另外,对于镜面反射目标,需要特定的传感器对准/校准。

光谱共焦位移传感器原理,该技术通过使用多透镜光学系统将多色白光聚焦到目标表面上而工作。透镜以特定的方式排列,即通过受控的色差使白光分散成单色光。通过工厂校准将一定的偏差分配给每个波长。光谱共焦位移传感器测量只采用精确聚焦在目标表面或材料上的波长换算距离。

光谱共焦位移传感器同时适合漫反射和镜面被测物的测量。对于透明材料(如玻璃),可以实现单侧厚度测量以及距离测量。而且,因为发射器和接收器被安排在一个轴上,所以避免了阴影带来的影响。德国米铱光谱共焦传感器提供了纳米级别分辨率,几乎不受被测物材料影响。光谱共焦位移传感器可以实现微米级别小光斑,从而可以用于测量被测物表面的微小结构变化。德国米铱公司还提供了微型径向和轴向版本光谱共焦位移传感器,可用于测量深孔内部结构。

光谱共焦位移测量技术的限制包括传感器和目标之间的有限距离。另外,光束需要一个干净的环境。

高精度位移传感器关键选择标准:明确界定您需要衡量的是什么以及为什么;传感器需要什么类型的环境来操作?有空间限制吗?定制与标准现成传感器;会在分辨率和准确性方面妥协的传感器在应用中表现得如何?当考虑标准与定制传感器时,传感器精度的提高通常来自重新校准,智能集成传感器软件,改进机械安装或通过更好的元件或材料制造传感器。


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