位移传感器原理分类
①光学式
位移传感器(智能传感器ZX-L-N系列等)
●概要
光源发出的光通过透镜进行聚光,并照射到物体上。
物体发出的反射光通过受光透镜集中到一维的位置检测元件(PSD)*上。如果物体的位置(距离测定器的距离)发生变化,PSD上成像位置将不同;如果PSD的两个输出平衡发生变化,PSD上的成像位置将不同,PSD的两个输出平衡会再次发生变化。
如果将这两个输出作为A、B,计算A/(A+B),并加上适当的拉线系数‘k’和残留误差‘C’,可求得
测得的值不是照度(亮度),而是A、B两个输出的位移量,因此即使与测定对象物之间的距离发生变化,受光光量发生变化也不会受影响,可以得到与距离的差、位置的偏移成比例的线性输出。
●PSD方式与CCD(CMOS)方式
PSD方式的原理特长:
将对象物上的光点光束投影到受光元件上时的重心位置换算为距离
CCD(CMOS)方式的原理特长:
分别检测对象物上的光点光束投影到受光元件上时的CCD(CMOS)的各像素的光量,并换算为距离。
CMOS与CCD的差异
CCD是指Charge Coupled Device(电荷传输元件)的略称,而CMOS则是Complementary Metal Oxide Semi-conductor(互补性金属氧化半导体)的略称。CCD是根据动作原理而命名的,CMOS则是根据构造而命名的。
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CMOS图像传感器 |
CCD图像传感器 |
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读取方式 |
分别读取每个像素的信号,进行扩大。 |
用存储继电器方式分别读取每个像素信号,最后进行扩大。 |
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优点 |
消耗功率小。
容易高速化。
能使运算电路等一体化。 |
画质好。
实际使用长。 |
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缺点 |
需要设法控制每个像素的分散。
灵敏度约为CCD的1/5。 |
消耗功率大。
(高速化困难)。
生产过程复杂。(成本高) |
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应用 |
如不使用CMOS,则难以进行物体识别、动态物体检测、距离传感器、超高速摄像和累积时间适应。图像压缩、累积时间适应和大型动态范围摄像是CMOS的擅长领域。 |
静止画面百万像素N图像读入。 |
●正反射方式和扩散反射方式
正反射方式 |
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扩散反射方式 |
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直接接受来自物体的正反射光的方式,对金属等表面有光泽的检测体也能稳定测量。 |
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投光光束面对测定面垂直投光,并接受反射光中的扩散反射光的方式,可以扩大测定范围。 |
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②线性接近传感器(智能传感器ZX-E系列等)
线圈中如通过交流电,则会产生磁通,如通过金属对象物,则会在对象物中产生一种涡电流,发出磁通,防止这种变化。
其结果将使线圈的感应发生变化。
这种感应的变化量是线圈与对象物之间距离的函数,作为结果,能测量对象物的距离位移。
③超声波位移传感器
由送波器向对象物发送超声波,通过受波器来接收其反射波。通过计算超声波从发送到接收为止所需的时间与音速之间的关系,来计算距离的方式。
位移传感器术语解说
本页是关于「光学式线性传感器」的术语说明。
采用其他方式、原理的传感器的「术语」,请参见相应各机型的登载页。
分辨率
在测定对象物静止时,以距离来换算线性输出的摆动幅度,区别在数字输出时数据偏差的幅度和分辨率,称为重复精度。
直线性(线性)
线性输出相对于理想直线的误差。
通常将其与整个测定范围(Full Scale:FS)相比,以百分比的形式来表示,如1%FS…。
温度特性
对应环境温度变化的线性输出变动量。
通常将其与整个测定范围(Full Scale:FS)相比,以□%FS/℃的形式来表现。
例)0.03%FS/℃(FS=20mm)
响应时间
物体的位移和宽度是在步进变化时的线性输出。为了使模拟输出在10~90%内变化,以「响应时间」来表现所需的时间。
「响应时间」与「分辨率」
下图为一般的「位移」「响应时间」「分辨率」的关系。
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希望正确测定位移时,请推迟响应时间的设定。
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(这时响应性降低)
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希望得到快速响应性时,请加快响应时间的设定。
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(这时分辨率降低)