常見傳感器分類和工作原理

傳感器是能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器有許多種，在先進測量技術這門課中提到了許多傳感器，在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多的優良的傳感器，現代化生產也就失去了基礎。許多基礎科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現，往往會導致該領域內的突破。

1 位移傳感器

傳感器的分類是可以通過轉換原理、用途、輸出信號以及制作材料和工藝分。根據工作原理可以分為兩大類，分別是物理傳感器和化學傳感器。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的線性器件，接通電源后，在開關的感應面將產生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產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。位移傳感器主要應用在自動化裝備生產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的量，位移的測量方式所涉及的范圍是相當廣泛的。小位移通常用應變式、電感式、差動變壓式、渦流式、霍爾傳感器來檢測，大的位移常用感應同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術來測量。其中光柵傳感器因具有易實現數字化、精度高（目前分辨率最高的可達到納米級）、抗干擾能力強、沒有人為讀數誤差、安裝方便、使用可靠等優點，在機床加工、檢測儀表等行業中得到日益廣泛的應用。

2 光柵傳感器

計量光柵通常用于數字檢測系統，用來檢測高精度直線位移和角位移，是數控機床上應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，驅動電路和1標尺光柵組成。

當兩光柵面相對疊合，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測量的。莫爾條紋具有以下特點：

（1）平均效應

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）對應關系

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。利用這種嚴格的一一對應關系，根據光電元件接收到的條紋數目，就可以知道主光柵所移過的位移值。

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