電感式傳感器的工作原理知識

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。感應位置感測中使用的術語和技術可能令人困惑。

感應式位置和速度傳感器有許多形狀，尺寸和設計。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30年代首次觀察到的，當時他發(fā)現(xiàn)第一個載流導體可以“誘導”電流流入第二個導體。法拉第的發(fā)現(xiàn)構成了現(xiàn)代電動機，發(fā)電機的基礎，當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，可變電感傳感器，可變磁阻傳感器，同步器，旋轉變壓器，旋轉和線性可變差動變壓器（RVDT和LVDT），以及新一代感應編碼器（有時稱為扼流圈）。

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（有時稱為環(huán)路，線軸或繞組）。當導電或導磁目標（例如鋼盤）接近線圈時，這會改變線圈的阻抗。當閾值通過時，這充當目標接近的信號。接近傳感器通常用于檢測金屬目標的存在或不存在，并且輸出通常模擬開關。這種類型的電感式傳感器通常用于傳統(tǒng)開關可能存在問題的地方 - 特別是在存在大量污垢或水的地方。下次您登上飛機時，您會看到許多電感式接近傳感器，或者在登機時看一下起落架。

可變電感傳感器和可變磁阻傳感器通常產生與導電或可透磁靶（通常為鋼桿）相對于線圈的位移成比例的電信號。與接近傳感器一樣，當線圈通過交流電通電時，線圈的阻抗根據(jù)目標的位移而變化。這種傳感器通常用于測量氣動或液壓油缸中活塞的位移。活塞可以布置成越過傳感器線圈的外徑。

Synchros是另一種形式的感應式位置傳感器，它們測量線圈相對于彼此移動時的感應耦合。同步通常是旋轉的并且需要電連接到傳感器的移動和靜止部分（通常稱為轉子和定子）。它們具有極高的精度，可用于工業(yè)計量，雷達天線和望遠鏡。Synchros的價格非常昂貴且越來越少見，大多數(shù)都被（無刷）旋轉變壓器所取代。這些是感應位置檢測器的另一種形式，但電連接僅對定子上的繞組進行。

LVDT，RVDT和旋轉變壓器測量線圈之間電感耦合變化的位置，通常稱為初級和次級繞組。傳感器的初級繞組將能量耦合到次級繞組中，但耦合到每個次級繞組中的能量比率與可透磁目標的相對位移成比例地變化。在LVDT中，這通常是穿過繞組孔的金屬桿。在RVDT或旋轉變壓器中，它通常是成形轉子或極靴，其相對于圍繞轉子周邊布置的繞組旋轉。LVDT和RVDT的典型應用包括航空航天副翼，發(fā)動機和燃油系統(tǒng)控制中的液壓伺服系統(tǒng)。旋轉變壓器的典型應用包括無刷電動機換向。

感應位置傳感器的顯著優(yōu)點是相關的信號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，否則可能會妨礙其他技術 - 例如磁傳感器或光學編碼器 - 因為它們需要相對精細的硅基電子設備位于傳感點。

電感式傳感器應用

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

這種良好聲譽的原因與基本物理和操作原理有關，它們通常獨立于：

移動電觸點

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)點和缺點

由于基本操作元件（纏繞線圈和金屬部件）的性質，大多數(shù)感應式位置傳感器非常堅固。鑒于其良好的聲譽，一個顯而易見的問題是“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。電感式傳感器往往精確，可靠，堅固，但體積大，體積大，重量大。對精密纏繞線圈的需求也使其生產成本高昂 - 尤其是高精度設備。除了簡單的接近傳感器之外，更復雜的電感式傳感器對于更主流的應用來說非常昂貴。

電感式傳感器相對稀缺的另一個原因是設計者難以指定。這是因為每個傳感器通常需要單獨指定和購買相關的AC生成和信號處理電路。反過來，這需要模擬電子學的重要技能和知識。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 - 感應編碼器或編碼器

新一代電感式傳感器近年來已進入市場，并在傳統(tǒng)和更主流的領域中享有越來越高的聲譽。這種新一代的電感式傳感器的通常被稱為感應編碼器或“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)字電子設備，而不是笨重的變壓器和模擬電子設備。該方法非常優(yōu)雅，開辟了電感式傳感器的應用范圍，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，包括小型旋轉編碼器和大型旋轉編碼器。

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提供定制設計的能力 - 都是一個很大的優(yōu)勢。

與傳統(tǒng)的電感式傳感器一樣，該方法可在惡劣環(huán)境中提供可靠和精確的測量。還有一些重要的優(yōu)點：

降低成本

提高準確性

減輕重量

簡化機械工程，例如，根除軸承，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 - 通常是直流電源和絕對數(shù)字信號。

傳統(tǒng)LVDT（頂部）和Zettlex線性傳感器（中間）的圖像。以下規(guī)模。

上圖中很好地說明了這一點 - 展示了傳統(tǒng)的150mm行程LVDT及其新一代替代品，它是為線性執(zhí)行器制造商生產的。與“之前”和“之后”節(jié)食照片的相似之處顯而易見。當考慮到新一代設備還包括相關的信號生成和處理電路（未示出傳統(tǒng)的LVDT）時，這得到了加強。相比之下，Zettlex設備提供：

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)字數(shù)據(jù) - 從而消除了模數(shù)轉換的需要。

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