1. 位移傳感器簡(jiǎn)介

自動(dòng)化機(jī)器或製程中，常需要以位移傳感器感測(cè)物體距離遠(yuǎn)近或存在與否，例如於輸送帶上計(jì)算物品通過(guò)之?dāng)?shù)量，又或者是必須測(cè)量工件與加工機(jī)器之間的距離以取得數(shù)據(jù)資料進(jìn)行控制等等。依感測(cè)方式而言，位移傳感器可被區(qū)分為接觸型與非接觸型兩種，一般來(lái)說(shuō)，接觸型位移傳感器有動(dòng)作單純、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)楦袦y(cè)時(shí)必須與物件直接接觸，久而久之便會(huì)因接觸部分金屬疲勞而出現(xiàn)變形、斷裂、接觸不良等結(jié)構(gòu)損壞情形，再者亦有一些物件本身便不適合以直接接觸的方法進(jìn)行感測(cè)，例如質(zhì)輕、脆弱、昂貴之物品，又或者是液體，此時(shí)便需以非接觸型位移傳感器來(lái)進(jìn)行量測(cè)。

對(duì)于接觸式位移傳感器而言，被感測(cè)物的位移、運(yùn)動(dòng)或位置是經(jīng)由一感測(cè)軸所感應(yīng)得到，此一感測(cè)軸與被感測(cè)物間作機(jī)械性的藕合，并透過(guò)此軸將被感測(cè)物運(yùn)動(dòng)量傳送至后續(xù)轉(zhuǎn)換元件，以將運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)輸出。而非接觸式位移傳感器通常利用磁變量或光學(xué)原理測(cè)量某一物體之位移或位置。位移傳感器主要有磁阻變化式位移傳感器、電容式位移傳感器、電感式位移傳感器與電阻式直線位移傳感器四種，分別簡(jiǎn)介如下：

1.1 磁阻變化式位移傳感器

此類感測(cè)器利用磁性材料的磁阻變化感測(cè)位移之改變，通常感測(cè)器內(nèi)部有超過(guò)兩組以上的線圈，位移變化會(huì)被轉(zhuǎn)化為線圈的磁阻變化。此類感測(cè)器中最常見的是LVDT（線性差動(dòng)變壓器），其構(gòu)造如圖1，因具有靈敏度高、精確度高、體積小、質(zhì)量輕，與耐用等優(yōu)點(diǎn)，且沒(méi)有溫、溼度之限制，故常被應(yīng)用於許多工業(yè)品管的場(chǎng)合中，其作用原理與變壓器類似，讓導(dǎo)磁磁蕊在線圈中移動(dòng)進(jìn)而改變線圈電壓感應(yīng)量，其電訊號(hào)輸出量正比於可動(dòng)磁蕊的位置。

圖1. LVDT結(jié)構(gòu)示意圖

1.2　電容式位移傳感器

電容式傳感器之構(gòu)造如圖2，包含一對(duì)固定電極，并有一絕緣介質(zhì)構(gòu)成之移動(dòng)物在電極間移動(dòng)，此移動(dòng)物體一端與感測(cè)軸連接，當(dāng)移動(dòng)物於電極間位置產(chǎn)生變化時(shí)，在兩電極間以絕緣移動(dòng)物體作介質(zhì)之區(qū)域會(huì)隨之增加或減少，而使得整體電容量隨之改變，因此由電容量變化可間接推算出移動(dòng)物或被感測(cè)物之運(yùn)動(dòng)量或位置變化。

圖2. 電容式位移感測(cè)器構(gòu)造示意圖

非接觸式電容式位移傳感器于使用時(shí)，需將系統(tǒng)週邊之電容量，例如連接感測(cè)器與訊號(hào)處理裝置間之電容量減低至最小，并且使此類雜散的電容量保持固定值，以免影響感測(cè)結(jié)果。除此之外，亦要注意感測(cè)器感測(cè)電極的邊緣效應(yīng)與避免不必要的運(yùn)動(dòng)工作。

1.3 電感式位移傳感器

電感式位移傳感器亦有接觸式與非接觸式兩種，接觸式之原理是採(cǎi)用一可滑動(dòng)永久磁蕊於固定線圈內(nèi)部運(yùn)動(dòng)以使電感產(chǎn)生變化，再透過(guò)線圈與LC震盪電路相連，當(dāng)線圈電感量改變時(shí)會(huì)使震盪電路輸出頻率產(chǎn)生對(duì)應(yīng)變化；或者將線圈製作成電橋電路之一臂，利用電橋電路測(cè)量電感變化而改變電壓輸出。

1.4 電阻式位移傳感器

線性式或旋轉(zhuǎn)式可變電阻常被應(yīng)用於許多民生用品中，如音響的音量控制旋鈕、電腦電視的類比式畫面調(diào)整鈕等等，都是使用可變電阻來(lái)進(jìn)行控制，其實(shí)可變電阻亦可作為位置感測(cè)之工具。可變電阻又稱為電位計(jì)，其原理可以圖3來(lái)說(shuō)明，一滑動(dòng)物體沿著覆有電阻材質(zhì)的路徑移動(dòng)，滑動(dòng)物之電壓輸出將與滑動(dòng)物所在位置電阻值呈一定比例。圖4為本實(shí)驗(yàn)室所使用之線性電阻尺，即是常用的電阻式位移傳感器。

圖3. 電位計(jì)工作原理示意圖