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位移传感器概要和专业知识

日期:2019-09-02 20:51
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摘要:

位移传感器概要和专业知识

 
 

传感器


位移传感器概要
 
位移传感器的定义

所谓位移传感器,是利用各种元件检测对象物的物理变化量,通过将该变化量换算为距离,来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。根据使用元件不同,分为光学式位移传感器、线性接近传感器、超声波位移传感器等。
 
 

位移传感器原理分类
①光学式位移传感器(智能传感器ZX-L-N系列等)
●概要

光源发出的光通过透镜进行聚光,并照射到物体上。

物体发出的反射光通过受光透镜集中到一维的位置检测元件(PSD)*上。如果物体的位置(距离测定器的距离)发生变化,PSD上成像位置将不同;如果PSD的两个输出平衡发生变化,PSD上的成像位置将不同,PSD的两个输出平衡会再次发生变化。

如果将这两个输出作为A、B,计算A/(A+B),并加上适当的拉线系数‘k’和残留误差‘C’,可求得

测得的值不是照度(亮度),而是A、B两个输出的位移量,因此即使与测定对象物之间的距离发生变化,受光光量发生变化也不会受影响,可以得到与距离的差、位置的偏移成比例的线性输出。

位移传感器
●PSD方式与CCD(CMOS)方式
PSD方式的原理特长:
将对象物上的光点光束投影到受光元件上时的重心位置换算为距离
CCD(CMOS)方式的原理特长:
分别检测对象物上的光点光束投影到受光元件上时的CCD(CMOS)的各像素的光量,并换算为距离。

 

 

位移传感器

 

位移传感器

 

位移传感器
CMOS与CCD的差异

CCD是指Charge Coupled Device(电荷传输元件)的略称,而CMOS则是ComplementaryMetalOxideSemi-conductor(互补性金属氧化半导体)的略称。CCD是根据动作原理而命名的,CMOS则是根据构造而命名的。

 

CMOS图像传感器

CCD图像传感器

读取方式

分别读取每个像素的信号,进行扩大。

用存储继电器方式分别读取每个像素信号,*后进行扩大。

优点

消耗功率小。

容易高速化。

能使运算电路等一体化。

画质好。

实际使用长。

缺点

需要设法控制每个像素的分散。

灵敏度约为CCD的1/5。

消耗功率大。 (高速化困难)。

生产过程复杂。(成本高)

应用

如不使用CMOS,则难以进行物体识别、动态物体检测、距离传感器、超高速摄像和累积时间适应。图像压缩、累积时间适应和大型动态范围摄像是CMOS的擅长领域。

静止画面百万像素N图像读入。


●正反射方式和扩散反射方式
正反射方式
 
扩散反射方式

直接接受来自物体的正反射光的方式,对金属等表面有光泽的检测体也能稳定测量。

 

天津快乐十分投光光束面对测定面垂直投光,并接受反射光中的扩散反射光的方式,可以扩大测定范围。

位移传感器

②线性接近传感器(智能传感器ZX-E系列等)

 
接近传感器

线圈中如通过交流电,则会产生磁通,如通过金属对象物,则会在对象物中产生一种涡电流,发出磁通,防止这种变化。

其结果将使线圈的感应发生变化。

这种感应的变化量是线圈与对象物之间距离的函数,作为结果,能测量对象物的距离位移。

 

③超声波位移传感器

由送波器向对象物发送超声波,通过受波器来接收其反射波。通过计算超声波从发送到接收为止所需的时间与音速之间的关系,来计算距离的方式。

位移传感器术语解说

本页是关于「光学式线性传感器」的术语说明。

采用其他方式、原理的传感器的「术语」,请参见相应各机型的登载页。

分辨率
在测定对象物静止时,以距离来换算线性输出的摆动幅度,区别在数字输出时数据偏差的幅度和分辨率,称为重复精度。
 
位移传感器
直线性(线性)
线性输出相对于理想直线的误差。
通常将其与整个测定范围(Full Scale:FS)相比,以百分比的形式来表示,如1%FS…。

 

 
位移传感器
温度特性
对应环境温度变化的线性输出变动量。

通常将其与整个测定范围(Full Scale:FS)相比,以□%FS/℃的形式来表现。

例)0。03%FS/℃(FS=20mm)

 
响应时间
物体的位移和宽度是在步进变化时的线性输出。为了使模拟输出在10~90%内变化,以「响应时间」来表现所需的时间。
 
位移传感器
 
「响应时间」与「分辨率」
下图为一般的「位移」「响应时间」「分辨率」的关系。
位移传感器
  • 希望正确测定位移时,请推迟响应时间的设定。
  • (这时响应性降低)
  • 希望得到快速响应性时,请加快响应时间的设定。
  • (这时分辨率降低)
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