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)生一個交變磁場,當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時,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物體的目的。
電感式位移傳感器具有無滑動觸點,工作時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)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。位移是和物體的位置在運動過程中的移動有關(guān)的量,位移的測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、差動變壓式、渦流式、霍爾傳感器來檢測,大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來測量。其中光柵傳感器因具有易實現(xiàn)數(shù)字化、精度高(目前分辨率最高的可達到納米級)、抗干擾能力強、沒有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點,在機床加工、檢測儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
2、光柵傳感器
計量光柵通常用于數(shù)字檢測系統(tǒng),用來檢測高精度直線位移和角位移,是數(shù)控機床上應(yīng)用較多的一種檢測裝置。光柵傳感器的空間分辨率一般可達1μm左右,單根光柵的長度可達600mm以上,主光柵能夠進行拼接,測量范圍可達幾米以上。如圖所示光柵由4光源,透鏡,2指示光柵,3光電元件,驅(qū)動電路和1標(biāo)尺光柵組成。
當(dāng)兩光柵面相對疊合,中間留有很小的間隙,并使兩者柵線之間保持很小夾角θ,透射光就會形成明暗相間的莫爾條紋。光柵主要是利用莫爾條紋實現(xiàn)測量的。莫爾條紋具有以下特點:
(1)平均效應(yīng)
莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成,對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)對應(yīng)關(guān)系
兩光柵沿與柵線垂直的方向相對移動時,莫爾條紋沿柵線方向移動。兩光柵相對移動一個柵距P,莫爾條紋移動一個條紋間距W。光柵反向移動時,莫爾條紋亦反向移動。利用這種嚴(yán)格的一一對應(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零度(-273.15℃)的物體。由于分子的熱運動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。一般理解紅外測量的是物體的溫度。紅外測溫的原理是一樣的,都是根據(jù)普朗克原理。一般理解紅外測量的是物體的溫度。其實測的是目標(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。通過對人體自身輻射紅外能量的測量便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。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量人體表面溫度。
紅外溫度傳感器利用熱電偶原理,測量目標(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)成一個閉合回路,當(dāng)二個接觸端溫度不同時(T>To),回路中產(chǎn)生熱電勢Eab,其中T稱為熱端、工作端或測量端,To稱為冷端、自由端或參比端。A和B稱為熱電極。熱電勢的大小由接觸電勢(也叫伯爾貼電勢)和溫差電勢(也叫湯姆遜電勢)決定。