比较非接触式位移传感器技术

在任何位移测量应用中，每种测量技术的优点和局限性往往是相互权衡的。在这里，MicroEpsilon比较了四种非接触式位移测量技术，并对每种技术的优缺点提出了建议。

非接触式位移测量技术在精密测量中的应用正在迅速发展.客户需要更准确地测量，以亚微米或纳米分辨率，并针对特殊的表面或材料，不能接触测量。这些材料包括硅，玻璃，塑料，微型电子和医疗组件，以及食品表面.

这一增长推动了新技术的发展，包括调整现有技术，以满足这些新的测量要求，并提高测量精度和分辨率。非接触式位移传感器有各种各样的形状、尺寸和测量原理.在实践中，以及涡流和激光三角测量传感器，电容和共焦传感器现在是流行的。因此，工程师在为应用程序选择最合适的原则时，必须更好地理解每个原则的优点和局限性。

涡流原理

涡流测量原理是一种电感测量方法。线圈提供交流电，使线圈周围形成磁场。如果在这个磁场中放置一个导电物体，就会产生涡流，并根据法拉第感应定律形成一个电磁场。控制器计算从传感器线圈到目标材料的能量变化，并将其转换为位移测量。

该方法的优点是适用于所有导电金属、铁磁金属和非铁磁性金属。与其他技术相比，传感器的尺寸相对较小，而且由于传感器和电缆的电阻测量，传感器的温度范围很大。该技术精度高，不受测量间隙内的污垢、灰尘、湿度、油、高压和介质材料的影响。

然而，输出和线性取决于目标的电磁特性。因此，个别线性化和校准是必需的。最大电缆长度为15m，传感器直径随测量范围的增加而增大。

电容原理

利用电容原理，传感器和目标像一个理想的平行板电容器一样工作。所述两个板电极由所述传感器和所述相对目标形成。如果频率恒定的交流电流流过传感器电容，则传感器上交流电压的幅值与电容电极之间的距离成正比。在放大器电子学中同时产生可调补偿电压。在对两种交流电压进行解调后，将差分放大并输出为模拟信号。

由于该传感器结构类似于保护环电容，因此获得了几乎理想的线性度和对金属目标的分辨率。该技术还提供了高温稳定性，因为目标电导率的变化对测量没有影响。电容传感器也可以测量绝缘子。

该技术对介质传感器间隙的变化非常敏感，因此在清洁、干燥的应用中最有效。由于电缆电容对振荡电路调谐的影响，电缆长度也相对较短。

激光三角测量原理

在这一原理中，激光二极管将可见光点投射到被测物体的表面。从这一点反射回来的散射光然后通过高质量的光学透镜系统投射到CCD阵列上。如果目标相对于传感器改变位置，则将反射光的移动投射到CCD阵列上并进行分析，以输出目标的准确位置。测量在积分控制器中进行数字处理，然后通过模拟(I/U)和数字接口RS 232、RS 422或USB转换成比例输出。

激光三角测量传感器的优点是光斑小，测量范围大，传感器不依赖于目标材料，传感器与目标之间有很高的参考距离。

该方法受到相对较大的传感器设计的限制，并且需要相对干净的光路才能使传感器可靠地工作。此外，对于直接反射目标，需要特定的传感器对准/校准。

共焦原理

这项技术的工作原理是利用多透镜光学系统将多色白光聚焦到目标表面。所述透镜的排列方式使所述白光通过受控的色差分散成单色光。通过工厂校准，每个波长都有一定的偏差。只有精确聚焦在目标表面或材料上的波长用于测量。

漫射和镜面都可以测量。用玻璃等透明材料，可以在测量距离的同时实现单边厚度的测量。另外，由于发射器和接收器设置在一个轴上，避免了阴影。

共焦提供纳米分辨率，几乎独立于目标材料工作。实现了非常小的、恒定的光斑大小。微型径向和轴向共焦版本可用于测量钻孔或钻孔。

该技术的限制包括传感器与目标之间的有限距离。此外，光束需要一个干净的环境。

关键选择标准：

你需要测量的是什么，为什么？传感器需要什么样的环境(恶劣、真空、高压、灰尘等)？有空间限制吗？定制还是标准的现成传感器？降低分辨率和准确性可能会节省你的时间和金钱，但传感器在应用程序中的表现是否足够好？

当考虑标准传感器和自定义传感器时，传感器精度的提高往往来自于重新校准、智能集成传感器软件、改进机械安装或利用更好的部件或材料制造传感器。