4、常见物理量传感器：位置传感器的原理与应用

常见物理量传感器：位置传感器的原理与应用

1. 线性增量式磁传感器

线性增量式磁传感器的工作与位移量和单位长度内永磁体的数量有关。若第一个传感器信号 s1 的上升沿滞后于第二个传感器信号 s2 的上升沿，D 型触发器输出为低电平，可逆计数器反向计数，即从正向计数的前一状态中减去当前状态。

为便于应用，采用磁性自粘磁带替代牢固粘贴的永磁体，磁带上永磁体间距为 2 - 5mm，精度可达 ±20mm/m。例如 MEGATRON 的 MSH 系列增量式磁传感器搭配磁带，MLC 系列传感器搭配磁尺，二者分辨率均为 5μm，可测量最高 3m/s 速度下的位移。

2. 磁致伸缩位置传感器

2.1 工作原理

磁致伸缩位置传感器由铁磁管构成，管轴上有导体通过电流脉冲。套在管上的环形永磁体产生轴向直流磁场，与导体电流脉冲产生的脉冲环形磁场相互作用，在管内产生脉冲扭矩，由管端的磁或压电扭转传感器感知。为防止扭矩脉冲在管端反射，管端固定在减震器中。

2.2 位置计算

根据管材料中机械扰动的传播速度（可达 3km/s）以及激励电流出现与感应传感器相应电压脉冲之间的时间间隔 Δt，可确定环形永磁体的位置 d，范围为 100mm 至 5m，分辨率达十分之几毫米，精度高达 0.1%，计算公式为：
[d = v \cdot \Delta t]
为测量 30ms 至 1.7ms 的时间间隔，使用分辨率高达 (10^{-5}) 的计数器，最大采样频率可达数百 MHz。实际应用中，会使用带有一个或两个可移动永磁体的磁致伸缩长度传感器，用于测量它们之间的距离差。

3. 电容式位置传感器 <