德國施克SICK電感式接近傳感器

德國施克SICK電感式接近傳感器

電感式傳感器通常用于測量位置或速度，尤其是在惡劣環(huán)境中。感應(yīng)位置感測中使用的術(shù)語和技術(shù)可能令人困惑。

感應(yīng)式位置和速度傳感器有許多形狀，尺寸和設(shè)計(jì)。可以說所有電感式傳感器都使用變壓器原理工作，它們都使用基于交流電流的物理現(xiàn)象。這是邁克爾·法拉第在19世紀(jì)30年代觀察到的，當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)第1個(gè)載流導(dǎo)體可以“誘導(dǎo)”電流流入第二個(gè)導(dǎo)體。法拉第的發(fā)現(xiàn)構(gòu)成了現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)，當(dāng)然還有用于位置和速度測量的電感式傳感器。

電感式位置和速度傳感器包括簡單的接近開關(guān)，可變電感傳感器，可變磁阻傳感器，同步器，旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)和線性可變差動(dòng)變壓器（RVDT和LVDT），以及新一代感應(yīng)編碼器（有時(shí)稱為扼流圈）。

電感式傳感器的類型
在簡單接近（或“接近”）傳感器中，電源使交流電流在線圈中流動(dòng)（有時(shí)稱為環(huán)路，線軸或繞組）。當(dāng)導(dǎo)電或?qū)Т拍繕?biāo)（例如鋼盤）接近線圈時(shí)，這會(huì)改變線圈的阻抗。當(dāng)閾值通過時(shí)，這充當(dāng)目標(biāo)接近的信號(hào)。接近傳感器通常用于檢測金屬目標(biāo)的存在或不存在，并且輸出通常模擬開關(guān)。這種類型的電感式傳感器通常用于傳統(tǒng)開關(guān)可能存在問題的地方 - 特別是在存在大量污垢或水的地方。下次您登上飛機(jī)時(shí)，您會(huì)看到許多電感式接近傳感器，或者在登機(jī)時(shí)看一下起落架。
可變電感傳感器和可變磁阻傳感器通常產(chǎn)生與導(dǎo)電或可透磁靶（通常為鋼桿）相對(duì)于線圈的位移成比例的電信號(hào)。與接近傳感器一樣，當(dāng)線圈通過交流電通電時(shí)，線圈的阻抗根據(jù)目標(biāo)的位移而變化。這種傳感器通常用于測量氣動(dòng)或液壓油缸中活塞的位移?；钊梢圆贾贸稍竭^傳感器線圈的外徑。
Synchros是另一種形式的感應(yīng)式位置傳感器，它們測量線圈相對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)的感應(yīng)耦合。同步通常是旋轉(zhuǎn)的并且需要電連接到傳感器的移動(dòng)和靜止部分（通常稱為轉(zhuǎn)子和定子）。它們具有*的精度，可用于工業(yè)計(jì)量，雷達(dá)天線和望遠(yuǎn)鏡。Synchros的價(jià)格非常昂貴且越來越少見，大多數(shù)都被（無刷）旋轉(zhuǎn)變壓器所取代。這些是感應(yīng)位置檢測器的另一種形式，但電連接僅對(duì)定子上的繞組進(jìn)行。

LVDT，RVDT和旋轉(zhuǎn)變壓器測量線圈之間電感耦合變化的位置，通常稱為初級(jí)和次級(jí)繞組。傳感器的初級(jí)繞組將能量耦合到次級(jí)繞組中，但耦合到每個(gè)次級(jí)繞組中的能量比率與可透磁目標(biāo)的相對(duì)位移成比例地變化。在LVDT中，這通常是穿過繞組孔的金屬桿。在RVDT或旋轉(zhuǎn)變壓器中，它通常是成形轉(zhuǎn)子或極靴，其相對(duì)于圍繞轉(zhuǎn)子周邊布置的繞組旋轉(zhuǎn)。LVDT和RVDT的典型應(yīng)用包括航空航天副翼，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)控制中的液壓伺服系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變壓器的典型應(yīng)用包括無刷電動(dòng)機(jī)換向。
感應(yīng)位置傳感器的顯著優(yōu)點(diǎn)是相關(guān)的信號(hào)處理電路不需要位于傳感器線圈附近。這允許傳感線圈位于惡劣的環(huán)境中，否則可能會(huì)妨礙其他技術(shù) - 例如磁傳感器或光學(xué)編碼器 - 因?yàn)樗鼈冃枰鄬?duì)精細(xì)的硅基電子設(shè)備位于傳感點(diǎn)。

電感式傳感器應(yīng)用
感應(yīng)式位置傳感器具有長期記錄，可在惡劣條件下可靠運(yùn)行。因此，它們通常是安全相關(guān)，安全關(guān)鍵或高可靠性應(yīng)用的自動(dòng)選擇。這種應(yīng)用在軍事，航空航天，鐵路和重工業(yè)部門中很常見。

這種良好聲譽(yù)的原因與基本物理和操作原理有關(guān)，它們通常獨(dú)立于：

• 移動(dòng)電觸點(diǎn)
• 溫度
• 濕度，水和冷凝
• 污垢，油脂，砂礫和沙子等異物。

電感式傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
由于基本操作元件（纏繞線圈和金屬部件）的性質(zhì)，大多數(shù)感應(yīng)式位置傳感器非常堅(jiān)固。鑒于其良好的聲譽(yù)，一個(gè)顯而易見的問題是“為什么電感式傳感器不能更頻繁地使用？” 原因是他們的身體健壯性既是力量也是弱點(diǎn)。電感式傳感器往往，可靠，堅(jiān)固，但體積大，體積大，重量大。對(duì)精密纏繞線圈的需求也使其生產(chǎn)成本高昂 - 尤其是高精度設(shè)備。除了簡單的接近傳感器之外，更復(fù)雜的電感式傳感器對(duì)于更主流的應(yīng)用來說非常昂貴。
電感式傳感器相對(duì)稀缺的另一個(gè)原因是設(shè)計(jì)者難以。這是因?yàn)槊總€(gè)傳感器通常需要單獨(dú)和購買相關(guān)的AC生成和信號(hào)處理電路。反過來，這需要模擬電子學(xué)的重要技能和知識(shí)。由于年輕的工程師傾向于專注于數(shù)字電子，他們將傾向于采用替代的，更加數(shù)字化的方法。

新一代 - 感應(yīng)編碼器或編碼器
新一代電感式傳感器近年來已進(jìn)入市場，并在傳統(tǒng)和更主流的領(lǐng)域中享有越來越高的聲譽(yù)。這種新一代的電感式傳感器的通常被稱為感應(yīng)編碼器或“INCODER”（的混合物 在 ductive和連接編碼器）。該方法使用與傳統(tǒng)設(shè)備相同的基本物理，但使用印刷電路板和現(xiàn)代數(shù)字電子設(shè)備，而不是笨重的變壓器和模擬電子設(shè)備。該方法非常優(yōu)雅，開辟了電感式傳感器的應(yīng)用范圍，包括2D和3D傳感器，短距離（<1mm）線性器件，曲線幾何形狀和高精度角度編碼器，包括小型旋轉(zhuǎn)編碼器和大型旋轉(zhuǎn)編碼器。
PCB的使用使得傳感器可以印刷到薄的柔性基板上，這也可以消除對(duì)傳統(tǒng)電纜和連接器的需求。這種方法的靈活性 - 無論是在物理上還是從為OEM提供定制設(shè)計(jì)的能力 - 都是一個(gè)很大的優(yōu)勢。
與傳統(tǒng)的電感式傳感器一樣，該方法可在惡劣環(huán)境中提供可靠和的測量。還有一些重要的優(yōu)點(diǎn)：

• 降低成本
• 提高準(zhǔn)確性
• 減輕重量
• 簡化機(jī)械工程，例如，*軸承，密封件和襯套。
• 緊湊的尺寸 - 與傳統(tǒng)的LVDT相比，特別是行程長度。
• 簡化電氣接口 - 通常是直流電源和數(shù)字信號(hào)。

傳統(tǒng)的150mm行程LVDT及其新一代替代品，它是為線性執(zhí)行器制造商生產(chǎn)的。與“之前”和“之后”節(jié)食照片的相似之處顯而易見。當(dāng)考慮到新一代設(shè)備還包括相關(guān)的信號(hào)生成和處理電路（未示出傳統(tǒng)的LVDT）時(shí)，這得到了加強(qiáng)。相比之下，Zettlex設(shè)備提供：

• 精度提高10倍以上
• 重量減輕95％
• 占用體積減少75％
• 節(jié)省50％的成本
• 直接生成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) - 從而消除了模數(shù)轉(zhuǎn)換的需要。以上內(nèi)容可供參考，如有需求，詳見：德國施克SICK