長(zhǎng)度傳感器

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長(zhǎng)度傳感器
linear transducer

   利用氣動(dòng)、電學(xué)、光學(xué)等原理和光電效應(yīng)等將被測(cè)長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換為空氣的壓力或流量、電量和光強(qiáng)等物理量，以獲取測(cè)量信息的測(cè)量元件，用于某些長(zhǎng)度測(cè)量工具中。長(zhǎng)度傳感器（以下簡(jiǎn)稱傳感器）主要由感受元件和轉(zhuǎn)換元件組成。轉(zhuǎn)換元件把感受元件感受的被測(cè)長(zhǎng)度精確地轉(zhuǎn)換為便于放大和處理的其他物理量。
   氣動(dòng)傳感器  將被測(cè)長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換為空氣壓力和流量等，用作相對(duì)測(cè)量（見長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)）的傳感器。它的特點(diǎn)是可以用于不接觸測(cè)量，利用內(nèi)徑測(cè)頭(見氣動(dòng)量?jī)x)可以方便地測(cè)量孔徑，但示值范圍小,一般為±20～±100微米。圖1 [壓力式氣動(dòng)傳感器]為采用波紋管作為尺寸轉(zhuǎn)換和放大元件的壓力式氣動(dòng)傳感器的工作原理。被測(cè)件厚度變化引起間隙S變化，S變化又引起波紋管內(nèi)壓力變化，從而使框架向左或向右移動(dòng)。移動(dòng)的距離就是放大了的被測(cè)厚度變化，通過寬刻度指示表指示出來。也可根據(jù)電觸點(diǎn)接觸與否，由指示燈指示被測(cè)厚度是否合格。壓力式氣動(dòng)傳感器還常采用膜片、膜盒等作為轉(zhuǎn)換元件。常見的流量式氣動(dòng)傳感器主要由測(cè)頭、浮子和錐度玻璃管等組成。
   電學(xué)傳感器  將被測(cè)長(zhǎng)度直接轉(zhuǎn)換為電量的傳感器，主要有電感式、電容式、電接解式、壓電式、磁柵式和感應(yīng)同步器式等。圖2 [電感式傳感器]為一種管式結(jié)構(gòu)的電感式傳感器的工作原理。當(dāng)磁芯位于線圈1、2的中間位置時(shí),兩線圈產(chǎn)生的電感量相等。此時(shí),由線圈1、2和振蕩變壓器次級(jí)線圈組成的電橋保持平衡。當(dāng)帶磁芯的測(cè)桿上下移動(dòng)時(shí)，兩線圈產(chǎn)生的電感量不等，電橋不平衡，有電壓0輸出。0的大小與測(cè)桿移動(dòng)距離成比例。電感式傳感器配以相應(yīng)的電子放大和指示部分，便成為電感測(cè)微儀。電感式傳感器的分辨率很高，可達(dá)0.01微米,測(cè)量范圍一般小于2毫米，大的可達(dá)幾十毫米。電容式傳感器與電感式傳感器的原理相似，一般是把線圈和磁芯換成固定極筒和可動(dòng)極筒，當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的是電容量變化。20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)了用于電子卡尺的大量程電容傳感器，測(cè)量范圍為 150毫米。電接觸式傳感器是利用電觸點(diǎn)副發(fā)出電信號(hào)判別被測(cè)尺寸合格與否的。電觸點(diǎn)的移動(dòng)可由測(cè)桿直接傳來，也可經(jīng)杠桿或其他機(jī)構(gòu)放大，以提高其靈敏度。電接觸式傳感器主要用于自動(dòng)測(cè)量中。壓電式傳感器是利用受壓變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷的固體材料，例如石英晶體、鋯鈦酸鋁、鈮鎂酸鋁等作為轉(zhuǎn)換元件的，主要用于輕便的上置式表面粗糙度測(cè)量?jī)x中。
   光電傳感器  將被測(cè)長(zhǎng)度先轉(zhuǎn)換為光量，再轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器。常見的有光柵式(見光柵測(cè)長(zhǎng)技術(shù))、激光式、固體陣列式和光導(dǎo)纖維式等。激光式又可分為光波干涉式、掃瞄式和光強(qiáng)式等(見激光測(cè)長(zhǎng)技術(shù))。固體陣列傳感器是70年代初期出現(xiàn)的一種圖象傳感器。固體陣列是一種線型或面型的光電轉(zhuǎn)換元件。其中用得較多的是電荷耦合器件（圖3 [電荷耦合器件]）。它是一種在硅芯片的一面沉積柵電極結(jié)構(gòu)的器件。柵電極和硅芯片間有一層約為0.1～0.12微米厚的 SiO 2透明絕緣層，形成電容陣列。由于柵電極可以透光，硅芯片是一種光敏材料,當(dāng)光照射在其上時(shí)，在內(nèi)部產(chǎn)生電荷載流子,并被收集和存儲(chǔ)在硅芯片的勢(shì)阱中。勢(shì)阱是當(dāng)在柵電極上加正電壓時(shí),在電場(chǎng)的作用下,與電極相鄰的硅芯片表面的正電荷被推離后形成的一個(gè)耗盡層。存儲(chǔ)在勢(shì)阱中的電荷載流子,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候會(huì)穿透芯片,經(jīng)電荷放大器后輸出。勢(shì)阱是芯片中的分立單元，其分辨率可達(dá)0.01毫米或更高。將被測(cè)尺寸、圖象等以光掃描或投影等方法投射在電荷耦合器件上時(shí)，光信號(hào)即轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，經(jīng)電路處理后即可得到被測(cè)尺寸等的量值。固體陣列傳感器適用于小型復(fù)雜形狀工件的多尺寸自動(dòng)測(cè)量。一次投影或光掃描可以測(cè)量幾十個(gè)尺寸。光導(dǎo)纖維傳感器主要用于測(cè)量微小位移和精密定位。
   參考書目
HermannK.P.Neubert , Instrument  transducer,Clarendon Press,Oxford,1975.
　　　　　　　　　　　　　　　　　強(qiáng)錫富