部份傳感器工作原理介紹

1、位移傳感器
　　
　　傳感器的分類是可以通過轉(zhuǎn)換原理、用途、輸出信號(hào)以及制作材料和工藝分。根據(jù)工作原理可以分為兩大類，分別是物理傳感器和化學(xué)傳感器。目前最常用的傳感器之一是位移傳感器。
　　
　　位移傳感器它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，位移傳感器超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。電感式位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測(cè)物體的目的。
　　
　　電感式位移傳感器具有無滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智能控制。位移是和物體的位置在運(yùn)動(dòng)過程中的移動(dòng)有關(guān)的量，位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。小位移通常用應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓式、渦流式、霍爾傳感器來檢測(cè)，大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來測(cè)量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精度高(目前分辨率最高的可達(dá)到納米級(jí))、抗干擾能力強(qiáng)、沒有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床加工、檢測(cè)儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
　　
　　2、光柵傳感器
　　
　　計(jì)量光柵通常用于數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)，用來檢測(cè)高精度直線位移和角位移，是數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多的一種檢測(cè)裝置。光柵傳感器的空間分辨率一般可達(dá)1μm左右，單根光柵的長度可達(dá)600mm以上，主光柵能夠進(jìn)行拼接，測(cè)量范圍可達(dá)幾米以上。如圖所示光柵由4光源，透鏡，2指示光柵，3光電元件，驅(qū)動(dòng)電路和1標(biāo)尺光柵組成。
　　
　　當(dāng)兩光柵面相對(duì)疊合，中間留有很小的間隙，并使兩者柵線之間保持很小夾角θ，透射光就會(huì)形成明暗相間的莫爾條紋。光柵主要是利用莫爾條紋實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。莫爾條紋具有以下特點(diǎn)：
　　
　　(1)平均效應(yīng)
　　
　　莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成，對(duì)光柵的刻劃誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除短周期誤差的影響。光柵的工作長度越大，參加工作的刻線越多，這一作用就越顯著。
　　
　　(2)放大作用
　　
　　由于θ角很小，從式(1-4)可明顯看出光柵有放大作用，放大比為：K≈1/θ
　　
　　(3)對(duì)應(yīng)關(guān)系
　　
　　兩光柵沿與柵線垂直的方向相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋沿柵線方向移動(dòng)。兩光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距P，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距W。光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋亦反向移動(dòng)。利用這種嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)光電元件接收到的條紋數(shù)目，就可以知道主光柵所移過的位移值。
　　
　　3、紅外傳感器
　　
　　另一種傳感器也非常常用，在非典期間就經(jīng)常出現(xiàn)紅外溫度傳感器，紅外線傳感器是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測(cè)紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。
　　
　　自然界一切溫度高于絕對(duì)零度(-273.15℃)的物體。由于分子的熱運(yùn)動(dòng)都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波。其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合普朗克(Plank)定律。紅外測(cè)溫的原理是一樣的，都是根據(jù)普朗克原理。一般理解紅外測(cè)量的是物體的溫度。紅外測(cè)溫的原理是一樣的，都是根據(jù)普朗克原理。一般理解紅外測(cè)量的是物體的溫度。其實(shí)測(cè)的是目標(biāo)物與傳感器或者說是物體與環(huán)境溫度之間的差值。物體輻射能量的大小直接與該物體的溫度有關(guān)。具體地說，是與該物體熱力學(xué)溫度的4次方成正比。用公式可表達(dá)為：
　　
　　E=δε(T4-T4o)(1)
　　
　　式中，E是輻射出射度。單位是W／m3；
　　
　　δ是斯蒂芬一波爾茲曼常數(shù)，5.67x10-8W／(m2·K4)；
　　
　　δ是物體的輻射率：
　　
　　T是物體的溫度(K)；
　　
　　To是物體周圍的環(huán)境溫度(K)。
　　
　　人體主要輻射波長為9μm-10μm的紅外線。通過對(duì)人體自身輻射紅外能量的測(cè)量便能準(zhǔn)確地測(cè)定人體表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而也可利用人體輻射的紅外能量精確地測(cè)量人體表面溫度。
　　
　　紅外溫度傳感器利用熱電偶原理，測(cè)量目標(biāo)物與傳感器或者物體與環(huán)境溫度之間的差值。熱電偶的原理是二種不同的金屬A和B構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)二個(gè)接觸端溫度不同時(shí)(T>To)，回路中產(chǎn)生熱電勢(shì)Eab，其中T稱為熱端、工作端或測(cè)量端，To稱為冷端、自由端或參比端。A和B稱為熱電極。熱電勢(shì)的大小由接觸電勢(shì)(也叫伯爾貼電勢(shì))和溫差電勢(shì)(也叫湯姆遜電勢(shì))決定。