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常用的位移傳感器的分類及優(yōu)缺點

位移傳感器的大致分類

位移傳感器是通過電位器元件將機械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻、電壓或電流輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移傳感器和角度位移傳感器。但是，為實現(xiàn)測量位移目的而設(shè)計的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個確定關(guān)系。位移傳感器根據(jù)材質(zhì)的不同分為以下幾類：

電位器式位移傳感器的可動電刷與被測物體相連，物體的位移引起電位器移動端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。

線繞式電位器由于其電刷移動時電阻以匝電阻為階梯而變化，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種位移傳感器在伺服系統(tǒng)中用作位移反饋元件，則過大的階躍電壓會引起系統(tǒng)振蕩。因此在電位器的制作中應(yīng)盡量減小每匝的電阻值。電位器式傳感器的另一個主要缺點是易磨損。它的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號大，使用方便，低廉。

霍耳式位移傳感器 它的測量原理是保持霍耳元件（見半導(dǎo)體磁敏元件）的激勵電流不變，并使其在一個梯度均勻的磁場中移動，則所移動的位移正比于輸出的霍耳電勢。磁場梯度越大，靈敏度越高；梯度變化越均勻,霍耳電勢與位移的關(guān)系越接近于線性。圖2中是三種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)：a系統(tǒng)的線性范圍窄，位移Z=0時，霍耳電勢≠0；b系統(tǒng)當(dāng)Z2毫米時具有良好的線性，Z=0時,霍耳電勢=0；c系統(tǒng)的靈敏度高,測量范圍小于1毫米。圖中N、S分別表示正、負(fù)磁。霍耳式位移傳感器的慣性小、頻響高、工作可靠、壽命長，因此常用于將各種非電量轉(zhuǎn)換成位移后再進(jìn)行測量的場合。

光電式位移傳感器 它根據(jù)被測對象阻擋光通量的多少來測量對象的位移或幾何尺寸。特點是屬于非接觸式測量，并可進(jìn)行連續(xù)測量。光電式位移傳感器常用于連續(xù)測量線材直徑或在帶材邊緣位置控制系統(tǒng)中用作邊緣位置傳感器。

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研究現(xiàn)狀

當(dāng)前電液伺服閥的研究主要集中在結(jié)構(gòu)及加工工藝的改進(jìn)、材料的更替及測試的改變。

在結(jié)構(gòu)改進(jìn)上，主要是利用冗余技術(shù)對伺服閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。由于伺服閥是伺服系統(tǒng)的核心元件，伺服閥性能的優(yōu)劣直接代表著伺服系統(tǒng)的水平。另外，從可靠性角度分析，伺服閥的可靠性是伺服系統(tǒng)中重要的一環(huán)。由于伺服閥被污染是導(dǎo)致伺服閥失效的主要原因。對此，國外的許多廠家對伺服閥結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，先后發(fā)展出了抗污染性較好的射流管式、偏導(dǎo)射流式伺服閥。而且，俄羅斯還在其研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設(shè)計了雙冗余位置傳感器，用來檢測閥芯位置。一旦出現(xiàn)故障信號可立即切換備用伺服閥，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，此種兩余度技術(shù)已的應(yīng)用于航空行業(yè)。而且，美國的Moog公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四余度的伺服機構(gòu)用于航天行業(yè)。我國的航天系統(tǒng)有關(guān)單位早在90年代已進(jìn)行三余度等多余度伺服機構(gòu)的研制，將伺服閥的力矩馬達(dá)、反饋元件、滑閥副做成多套，發(fā)生故障可隨時切換，保證系統(tǒng)的正常工作。此外多線圈結(jié)構(gòu)、或在結(jié)構(gòu)上帶零位保護裝置、外接式濾器等型式的伺服閥亦已在冶金、電力、塑料等行業(yè)得到了的應(yīng)用。

在加工工藝的改進(jìn)方面，采用的加工設(shè)備和工藝來提高伺服閥的加工精度及能力。如在閥芯閥套配磨上，上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)均研制出了智能化、全自動的配磨系統(tǒng)。特別是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的配磨系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的氣動配磨的模式，采用液壓油作為測量介質(zhì)，更直接地反應(yīng)了所測滑閥副的實際情況，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與精度。在力矩馬達(dá)的焊接方面中船重工第704研究所與德國廠家合作，采用了的焊接工藝取得了良好的效果。另外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)還研制出智能化的伺服閥力矩馬達(dá)彈性元件測量裝置。解決了原有手動測量法中存在的測量精度低、操作復(fù)雜、效率低等問題。對彈性元件能完成剛度測量、得到測量曲線，且不重復(fù)性測量誤差不大于1%。

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