（文章來(lái)源：必優(yōu)傳感科技）

感應(yīng)式傳感器被廣泛用于測(cè)量位置或速度，特別是在惡劣的環(huán)境中。然而，對(duì)許多工程師來(lái)說(shuō)，感應(yīng)傳感器的術(shù)語(yǔ)和技術(shù)可能令人困惑，本文解釋了各種類型和操作原理，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。感應(yīng)式位置傳感器和速度傳感器有各種各樣的形狀、大小和設(shè)計(jì)。所有的感應(yīng)傳感器都可以說(shuō)是根據(jù)變壓器原理工作的，它們都使用基于交流電流的物理現(xiàn)象。

19世紀(jì)30年代，邁克爾·法拉第(MichaelFaraday)第一次觀察到了這一點(diǎn)，當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)，第一個(gè)帶電流的導(dǎo)體可以“誘導(dǎo)”電流在第二個(gè)導(dǎo)體中流動(dòng)。法拉第的發(fā)現(xiàn)還提供了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，當(dāng)然還有感應(yīng)位置和速度傳感器。這類傳感器包括簡(jiǎn)單接近開關(guān)、可變電感傳感器、可變磁阻傳感器、同步、變壓器、旋轉(zhuǎn)和線性可變差動(dòng)變壓器(RVDTs&LVDT)。

在簡(jiǎn)單的接近傳感器(有時(shí)稱為接近開關(guān)或PROX開關(guān))中，設(shè)備提供電能，使交流電在線圈中流動(dòng)(有時(shí)稱為回路、線軸或繞組)。當(dāng)導(dǎo)電或磁通目標(biāo)，如鋼盤，接近線圈，這會(huì)改變線圈的阻抗。當(dāng)通過(guò)閾值時(shí)，這將充當(dāng)目標(biāo)存在的信號(hào)。接近傳感器通常用于檢測(cè)金屬目標(biāo)的簡(jiǎn)單存在或不存在，并且電氣輸出通常模擬開關(guān)。這些傳感器在許多工業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)開關(guān)中的電觸點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，尤其是存在大量污垢或水的地方。下次你把你的車通過(guò)洗車時(shí)，你會(huì)看到很多感應(yīng)式接近傳感器。

可變電感和可變磁阻傳感器通常產(chǎn)生與導(dǎo)電或磁通物體(通常是鋼棒)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，線圈的阻抗隨目標(biāo)相對(duì)于交流電的線圈的位移而變化。這類裝置通常用于測(cè)量氣缸中活塞的位移，例如在氣動(dòng)或液壓系統(tǒng)中。所述活塞可設(shè)置為通過(guò)所述線圈的外徑。

同步器測(cè)量線圈之間的感應(yīng)耦合，因?yàn)樗鼈兪窍鄬?duì)于彼此移動(dòng)的。它們通常是旋轉(zhuǎn)的，需要與運(yùn)動(dòng)部件和固定部件(通常稱為轉(zhuǎn)子和定子)進(jìn)行電氣連接，它們可以提供極高的精度，并用于工業(yè)計(jì)量、雷達(dá)天線和望遠(yuǎn)鏡。同步器是眾所周知的昂貴，現(xiàn)在越來(lái)越少，已經(jīng)被(無(wú)刷)解析器所取代。這是另一種形式的感應(yīng)檢測(cè)器，但電氣連接僅限于定子上的繞組。

LVDTs、RVDTs和變壓器測(cè)量線圈之間電感耦合的變化，通常稱為一次繞組和二次繞組。一次繞組將能量耦合到二次繞組中，但耦合到每個(gè)二次繞組的能量比例隨磁通目標(biāo)的相對(duì)位移而變化。在LVDT中，這通常是一種通過(guò)繞組孔的金屬棒。在RVDT或解析器中，通常是相對(duì)于安裝在轉(zhuǎn)子外圍的繞組旋轉(zhuǎn)的形狀轉(zhuǎn)子或磁極件。

LVDTs和RVDT的典型應(yīng)用包括航空航天副翼、發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)控制中的液壓伺服。變壓器的典型應(yīng)用包括無(wú)刷電機(jī)換向器。感應(yīng)式傳感器的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是相關(guān)的信號(hào)處理電路不需要靠近感測(cè)線圈。這使得感測(cè)線圈位于惡劣的環(huán)境中，否則可能會(huì)排除其他傳感技術(shù)，例如磁性或光學(xué)，因?yàn)樗鼈冃枰鄬?duì)精細(xì)的硅基電子器件來(lái)定位于感測(cè)點(diǎn)。

感應(yīng)式傳感器在困難條件下運(yùn)行可靠，有很長(zhǎng)的歷史記錄。因此，它們往往是安全相關(guān)、安全關(guān)鍵或高可靠性應(yīng)用的自動(dòng)選擇。這類應(yīng)用在軍事、航空航天、鐵路和重工業(yè)部門十分普遍。這一穩(wěn)固聲譽(yù)的原因與基本物理和操作原則有關(guān)。

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)傳感器都是非常堅(jiān)固的。考慮到他們的良好聲譽(yù)，一個(gè)顯而易見的問(wèn)題是：“為什么感應(yīng)式傳感器不被更頻繁地使用？”原因是他們的耐用堅(jiān)固既是優(yōu)點(diǎn)也是弱點(diǎn)。感應(yīng)式傳感器往往準(zhǔn)確、可靠和堅(jiān)固，但也大、笨重。大量的材料和對(duì)精心繞制線圈的要求使得它們生產(chǎn)成本高昂，特別是需要精密繞制的高精度設(shè)備。

除了簡(jiǎn)單的接近傳感器外，對(duì)于許多主流、商業(yè)或工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，更復(fù)雜的感應(yīng)傳感器價(jià)格昂貴得令人望而卻步。感應(yīng)式傳感器相對(duì)稀缺的另一個(gè)原因是，設(shè)計(jì)工程師很難對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這是因?yàn)槊總€(gè)傳感器通常需要單獨(dú)指定和購(gòu)買相關(guān)的交流產(chǎn)生電路和信號(hào)處理電路。這通常需要大量的模擬電子技術(shù)和知識(shí)。

然而，近年來(lái)，新一代的感應(yīng)傳感器已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，不僅在傳統(tǒng)市場(chǎng)上，而且在工業(yè)、汽車、醫(yī)療、公用事業(yè)、科學(xué)、石油和天然氣等領(lǐng)域都有著越來(lái)越大的聲譽(yù)。新一代感應(yīng)器采用與傳統(tǒng)器件相同的基本物理原理，但采用印刷電路板和現(xiàn)代數(shù)字電子學(xué)，而不是笨重的變壓器結(jié)構(gòu)和模擬電子學(xué)。該方法具有良好的應(yīng)用前景，包括二維和三維傳感器、短擲(<1mm)線性器件、曲線幾何圖形和高精度角度編碼器等。

印刷電路使用的傳感器可以打印在薄的柔性基板上，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(wú)論是從物理上還是從為原始設(shè)備制造商提供定制設(shè)計(jì)的能力，是這種新方法的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。

圖像顯示了傳統(tǒng)的150毫米行程LVDTs及其新一代替代品，這是為一家線性執(zhí)行器制造商生產(chǎn)的。與“節(jié)食前”和“節(jié)食后”照片的相似之處是顯而易見的。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(沒(méi)有用傳統(tǒng)的LVDTs顯示)時(shí)，這一點(diǎn)得到了加強(qiáng)。
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