電感傳感器測位移：模擬式傳感器測量位移的原理
由于式、電感式在原理上有相似之處，以電感式傳感器為例來介紹模擬式傳感器測量位移的原理。
電感式傳感器是基于電磁感應原理，將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種結(jié)構型傳感器。按其轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感型和互感型兩種，自感型電感傳感器又分為可變磁阻式和渦流式。互感型又稱為差動變壓器式。
1、可變磁阻式電感傳感器
典型的可變磁阻式電感傳感器的結(jié)構如圖1所示，主要由線圈、鐵心和活動銜鐵所組成。在鐵心和活動銜鐵之間保持一定的空氣隙，被測位移構件與活動銜鐵相連，當被測構件產(chǎn)生位移時，活動銜鐵隨著移動，空氣隙發(fā)生變化，引起磁阻變化，從而使線圈的電感值發(fā)生變化
圖1 可變磁阻式電感傳感器
當線圈通以激磁電流時，其自感l(wèi)與磁路的總磁阻有關，即
（1）
式中 w——線圈匝數(shù)；
——總磁阻。
如果空氣隙較小，而且不考慮磁路的損失，則總磁阻為
（2）
式中 l--鐵心導磁長度（m）；
--鐵心導磁率（h/m）；
a--鐵心導磁截面積（m2）；
--空氣磁導率（h／m），
--空氣隙導磁截面積（）。
由于鐵心的磁阻與空氣隙的磁阻相比是很小的，計算時鐵心的磁阻可以忽略不計，故
（3）
將式（3）代入式（1），得
（4）
式（4）表明，自感l(wèi)與空氣隙的大小成反比，與空氣隙導磁截面積成正比。當固定不變，改變時，l與成非線性關系，此時傳感器的靈敏度
（5）
由式（5）得知，傳感器的靈敏度與空氣隙的平方成反比，愈小，靈敏度愈高。由于s不是常數(shù)，故會出現(xiàn)非線性誤差，同變極距型電容式傳感器類似。為了減小非線性誤差，通常規(guī)定傳感器應在較小間隙的變化范圍內(nèi)工作。在實際應用中，可取。這種傳感器適用于較小位移的測量，一般為0.001～1mm。此外，這類傳感器還常采用差動式接法。圖2為差動型磁阻式傳感器，它由兩個相同的線圈、鐵心及活動銜鐵組成。當活動銜鐵接于中間位置（位移為零）時，兩線圈的自感l(wèi)相等，輸出為零。當銜鐵有位移時，兩個線圈的間隙為，這表明一個線圈自感增加，而另一個線圈自感減小，將兩個線圈接入電橋的相鄰臂時，其輸出的靈敏度可提高一倍，并改善了線性特性，消除了外界干擾。
可變磁阻式傳感器還可做成如圖3所示改變空氣隙導磁截面積的形式，當固定，改變空氣隙導磁截面積時，自感l(wèi)與呈線性關系。
圖2 可變磁阻差動式傳感器 圖3 可變磁阻面積型電感傳感器
如圖3所示，在可變磁阻螺管線圈中插入一個活動銜鐵，當活動銜鐵在線圈中運動時，磁阻將變化，導致自感l(wèi)的變化。這種傳感器結(jié)構簡單，制造容易，但是其靈敏度較低，適合于測量比較大的位移量。
2、渦流式傳感器
渦流式傳感器的變換原理，是利用金屬導體在交流磁場中的渦電流效應。如圖4所示，金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為。當線圈輸入一交變電流i0時，便產(chǎn)生交變磁通量。金屬板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應電流i，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為“渦電流”或“渦流”。渦流的大小與金屬板的電阻率、磁導率、厚度h、金屬板與線圈的距離、激勵電流角頻率等參數(shù)有關。若改變其中某一參數(shù)，而固定其他參數(shù)不變，就可根據(jù)渦流的變化測量該參數(shù)。
渦流式傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩種。
（1）高頻反射式渦流傳感器 如圖5所示，高頻（>;1mhz）激勵電流產(chǎn)生的高頻磁場作用于金屬板的表面，由于集膚效應，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時，該渦流產(chǎn)生的交變磁場又反作用于線圈，引起線圈自感l(wèi)或阻抗的變化，其變化與距離、金屬板的電阻率、磁導率、激勵電流i及角頻率等有關，若只改變距離而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，通過測量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測量。
圖4 可變磁阻螺管型傳感器 圖5 高頻反射式渦流傳感器
（2）低頻透射式渦流傳感器 低頻透射式渦流傳感器的工作原理如圖6所示，發(fā)射線圈和接收線圈分別置于被測金屬板材料g的上、下方。由于低頻磁場集膚效應小，滲透深，當?shù)皖l（音頻范圍）電壓加到線圈的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板材料g，使線圈產(chǎn)生電感應電動勢。但由于渦流消耗部分磁場能量，使感應電動勢減少，當金屬板材料g越厚時，損耗的能量越大，輸出電動勢越小。因此，的大小與g的厚度及材料的性質(zhì)有關。試驗表明，隨材料厚度入的增加按負指數(shù)規(guī)律減少，如圖6（b）所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用的變化即可測量其厚度。
3、互感型差動變壓器式電感傳感器
互感型電感傳感器是利用互感m的變化來反映被測量的變化。這種傳感器實質(zhì)是一個輸出電壓的變壓器。當變壓器初級線圈輸入穩(wěn)定交流電壓后，次級線圈便產(chǎn)生感應電壓輸出，該電壓隨被測量的變化而變化。
差動變壓器式電感傳感器是常用的互感型傳感器，其結(jié)構形式有多種，以螺管形應用較為普遍，其結(jié)構及工作原理如圖7（a）、（b）所示。傳感器主要由線圈、鐵心和活動銜鐵三個部分組成。線圈包括一個初級線圈和兩個反接的次級線圈，當初級線圈輸入交流激勵電壓時，次級線圈將產(chǎn)生感應電動勢和。由于兩個次級線圈極性反接，因此傳感器的輸出電壓為兩者之差，即=－。活動銜鐵能改變線圈之間的耦合程度。輸出的大小隨活動銜鐵的位置而變。當活動銜鐵的位置居中時，即=，=0；當活動銜鐵向上移時，即>;，>;0；當活動銜鐵向下移時，即<，<0。活動銜鐵的位置往復變化，其輸出電壓，也隨之變化，輸出特性如圖7（c）所示。
圖6 低頻投射式渦流傳感器
（a）原理圖；（b）曲線圖
圖7 差動變壓器式電感傳感器
（a）、（b）工作原理 （c）輸出特性
圖8 查動相敏檢波電路的工作原理
值得注意的是：首先，差動變壓器式傳感器輸出的電壓是交流電壓，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應鐵心位移的大小，而不能反應移動的極性；其次，交流電壓輸出存在一定的零點殘余電壓，零點殘余電壓是由于兩個次級線圈的結(jié)構不對稱，以及初級線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈間分布電容等原因所形成。所以，即使活動銜鐵位于中間位置時，輸出也不為零。鑒于這些原因，差動變壓器的后接電路應采用既能反應鐵心位移極性，又能補償零點殘余電壓的差動直流輸出電路。
圖8是用于小位移的差動相敏檢波電路的工作原理。當沒有信號輸入時，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻r，使零點殘余電壓減小；當有信號輸入時，鐵心移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波、濾波后得到直流輸出。由表頭指示輸入位移量的大小和方向。
差動變壓器傳感器具有精度高（達0.1um量級），線圈變化范圍大（可擴大到±l00mm，視結(jié)構而定），結(jié)構簡單，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，被廣泛應用于直線位移及其它壓力、振動等參量的測量。圖9是電感測微儀所用的差動型位移傳感器的結(jié)構圖。
圖9螺旋差動型 傳感器結(jié)構圖
對于電容式傳感器是依據(jù)電容的大小與組成電容的兩極板的面積或介質(zhì)的介電常數(shù)成正比，與極板間的距離成反比的原理設計的。位移測試時，通過一定的結(jié)構使位移變化引起面積或極板間距離的變化就可以改變電容的大小，反之，檢測電容的值也就可以測算出位移的變化。
電感傳感器測位移：電感式傳感器
收藏
查看我的收藏
0
有用+1
已投票
0
電感式傳感器
語音
編輯
鎖定
討論
上傳視頻
上傳視頻
本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
審核
。
電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種裝置。利用電感式傳感器，能對位移、壓力、振動、應變、流量等參數(shù)進行測量。它具有結(jié)構簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優(yōu)點，因此在機電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。它的主要缺點是響應較慢，不宜于快速動態(tài)測量，而且傳感器的分辨率與測量范圍有關，測量范圍大，分辨率低，反之則高。
[1]
中文名
電感式傳感器
外文名
Inductance Type Transducer
應用學科
物理
自感式
變磁阻式傳感器
互感式
差動變壓器式傳感器
目錄
1
裝置簡介
2
工作原理
3
裝置分類
4
裝置應用
5
優(yōu)缺點
6
產(chǎn)品選購
7
產(chǎn)品要求
電感式傳感器裝置簡介
編輯
語音
電感式傳感器利用電磁感應原理將被測非電量如位移、壓力、流量、 振動等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化, 再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出。電感式傳感器具有結(jié)構簡單, 工作可靠, 測量精度高, 零點穩(wěn)定, 輸出功率較大等一系列優(yōu)點, 其主要缺點是靈敏度、線性度和測量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應低, 不適用于快速動態(tài)測量。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流式傳感器三種。
電感式傳感器工作原理
編輯
語音
電感式傳感器的工作原理是電磁感應。它是把被測量如位移等，轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。按照轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動變壓器式）兩種
[2]
。變磁阻式傳感器
圖1
當一個線圈中電流i變化時，該電流產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化，因而在線圈本身產(chǎn)生感應電勢e，這種現(xiàn)象稱之為自感。產(chǎn)生的感應電勢稱為自感電勢。變磁阻式傳感器的結(jié)構如圖1所示。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為δ，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。特點：變磁阻式傳感器具有很高的靈敏度，這樣對待測信號的放大倍數(shù)要求低。但是受氣隙δ寬度的影響，該類傳感器的測量范圍很小。可變磁阻式傳感器自感自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導磁截面積S0成正比。靈敏度S與氣隙長度δ的平方成反比，δ愈小，靈敏度S愈高。為了減小非線性誤差，在實際應用中，一般取。這種傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.001～1 mm。差動變壓器式傳感器互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應中的互感現(xiàn)象，將被測位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。由于常采用兩個次級線圈組成差動式，故又稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量，如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應鐵芯位移的大小，而不能反應移動的極性；同時，交流電壓輸出存在一定的零點殘余電壓，使活動銜鐵位于中間位置時，輸出也不為零。因此，差動變壓器式傳感器的后接電路應采用既能反應鐵芯位移極性，又能補償零點殘余電壓的差動直流輸出電路。
圖2
把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器結(jié)構形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等。變隙式傳感器的結(jié)構原理如圖2所示。圖2中r1a與L1a , r1b與L1b , r2a與L2a , r2b與L2b，分別為W1a , W1b , W2a, W2b繞阻的直流電阻與電感。電渦流式傳感器
圖3
金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應電流，這種電流像水中旋渦一樣在導體轉(zhuǎn)圈，這種現(xiàn)象稱為渦流效應。電渦流式傳感器結(jié)構示意圖如圖3所示。 根據(jù)法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流I1時，線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場H1，使置于此磁場中的金屬導體中感應電渦流I2，I2又產(chǎn)生新的交變磁場H2。
電感式傳感器裝置分類
編輯
語音
電感式傳感器分為 3 種類型：改變氣隙厚度 δ 的自感傳感 器，即變間隙式電感傳感；改變氣隙截面 S 的自感傳感器，即 變截面式電感傳感器；同時改變氣隙厚度 δ 和氣隙截面 S 的自 感傳感器，即螺管式電感傳感器。變間隙型電感傳感器這種傳感器的氣隙 δ 隨被測量的變 化而改變，從而改變磁阻。 它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增 大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧． δ 一般取在 0． 1 ～ 0． 5 毫 米之間。改變面積型電感傳感器這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的 相對覆蓋面積( 即磁通截面) 隨被測量的變化而改變，從而改 變磁阻． 它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。 螺管插鐵型電感傳感器。 它由螺管線圈和與被測物體相連 的柱型銜鐵構成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻 的變化。 銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳 感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構簡單，便于制作。螺管插鐵型電感傳感器它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構簡單，便于制作。
電感式傳感器裝置應用
編輯
語音
傳感器作為采集和獲取信息的工具，對系統(tǒng)的自動化檢測和質(zhì)量監(jiān)測起著重要作用。電感式傳感器是一種互感式電感傳感器，它可將微小的機械量，如位移、振動、壓力造成的長度、內(nèi)徑、外徑、不平行度、不垂直度、偏心、橢圓度等非電量物理量的幾何變化轉(zhuǎn)換為電信號的微小變化，轉(zhuǎn)化為電參數(shù)進行測量，是一種靈敏度較高的傳感器，具有結(jié)構簡單可靠、輸出功率大、抗阻抗能力強、對工作環(huán)境要求不高、穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，因而被廣泛應用于各種工程物理量檢測與自動控制系統(tǒng)中
[3]
。比如:用電感式位移傳感器提高軸承制造的精度；用電感測微儀測量微小精密尺寸的變化；實現(xiàn)液壓閥開口位置的精準測量；用于設計智能紡織品的柔性傳感器；用電感傳感器原理的孔徑錐度誤差測量儀；用電感傳感器檢測潤滑油中磨粒；用電感傳感器監(jiān)測吊具導向輪等等
[4]
。電感傳感器還可用作磁敏速度開關、齒輪齡條測速等，該類傳感器廣泛應用于紡織、化纖、機床、機械、冶金、機車汽車等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測，鏈 輸送帶的速度和距離檢測，齒輪齡計數(shù)轉(zhuǎn)速表及汽車防護系統(tǒng)的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統(tǒng)中小物體檢測、物體噴出控制、斷線監(jiān)測、小零件區(qū) 分、厚度檢測和位置控制等。電感式位移傳感器利用導線制成特定的線圈繞組，根據(jù)其位移量的變化而使繞組線圈的白感量或是互感量發(fā)生變化來進行位移測量，因此根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理電感式位移傳感器可分為自感型和互感型兩大類。電感式位移傳感器是一種機電轉(zhuǎn)換裝置，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)科科學技術上，尤其是在白動控制系統(tǒng)、機械加工與測量行業(yè)中應用十分廣泛
[5]
。
電感式傳感器優(yōu)缺點
編輯
語音
電感式傳感器的主要優(yōu)點是：(1) 結(jié)構簡單，可靠；(2) 靈敏度高，最高分辨力達0.1μm ；(3) 測量精確度高，輸出線性度可達±0.1% ；(4) 輸出功率較大，在某些情況下可不經(jīng)放大，直接接二次儀表。其缺點是：(1) 傳感器本身的頻率響應不高，不適于快速動態(tài)測量；(2) 對激磁電源的頻率和幅度的穩(wěn)定度要求較高;(3) 傳感器分辨力與測量范圍有關，測量范圍大，分辨力低，反之則高。
電感式傳感器產(chǎn)品選購
編輯
語音
(1) 方案選擇在選擇方案之前應首先弄清給定的技術指標，如示值范圍、示值誤差、分辨力、重復性誤差、時漂、溫漂、使用環(huán)境等。(2) 鐵心材料的選擇鐵心材料選擇的主要依據(jù)是要具有較高的導磁系數(shù)，較高的飽和磁感應強度和較小的磁滯損耗，剩磁 和矯頑磁力 都要小。另外，還要求電阻率大，居里點溫度高，磁性能穩(wěn)定，便于加工等。常用導磁材料有鐵氧體、鐵鎳合金、硅鋼片和純鐵。(3)電源頻率的選擇提高電源頻率有下列優(yōu)點：能提高線圈的品質(zhì)因數(shù)；靈敏度有一定的提高；適當提高頻率還有利于放大器的設計。但是，過高的電源頻率也會帶來缺點，如鐵心渦流損耗增加；導線的集膚效應等會使靈敏度減低；增加寄生電容（包括線圈匝間電容）以及外界干擾的影響。
電感式傳感器產(chǎn)品要求
編輯
語音
1、檢測距離的衰減性。滑翹為鐵質(zhì)，適合電感式傳感器檢測；而滑翹被測部分的尺寸略小于標準檢測物尺寸（標準被測物尺寸為3倍額定檢測距離，此應用中，標準尺寸應為120*120mm），這樣的話就會有一定的衰減。2、現(xiàn)場抗干擾能力。這個是不容忽視的問題，普通電感式傳感器容易被電機或變頻器干擾，很多技術人員只對在此附近的應用選擇相應強抗電磁干擾的傳感器。但在汽車制造車間，廠房大，現(xiàn)場技術人員習慣使用對講機溝通，尤其是邊走邊用對講機對話時，會不經(jīng)意的靠近傳感器，導致短暫失效。3、安裝方面。隨著電感式傳感器的普及，傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升，其機械方面的設計也越來越人性化。要在最大程度的實現(xiàn)人性化安裝。減少了多種近似產(chǎn)品的備貨和減少了安裝、維護的時間。4、穩(wěn)定運行的保障。在車廠的使用中，要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外，滑翹經(jīng)過軌道時，震動是長期存在的，優(yōu)異的抗震動性同樣是有著非常重要的作用
[6]
。
B
詞條圖冊
更多圖冊
解讀詞條背后的知識
嘉準傳感器
帶你了解最新傳感器資訊
電感式傳感器具有哪些顯著特點？
電感式傳感器是利用線圈自感或互感的改變來實現(xiàn)測量的一種裝置，被大量應用在各行各業(yè)，特別是機床行業(yè)和汽車制造等行業(yè)。電感式傳感器通常由振蕩器、開關電路及放大輸出電路三大部分組成。其結(jié)構簡單，無活動電觸點，工作壽命長，而且靈敏度和分辨力高，輸出信號強。線性度和重復性都比較好，能...
2020-11-200
長江傳感
上海長江電氣設備集團有限公司官方帳號
電感式傳感器在數(shù)控切割機中割炬定位及防碰撞保護的應用
數(shù)控切割機是工業(yè)領域在生產(chǎn)制造過程中的重要設備，更是型鋼、鋼板及鋼管熱切割中的必要工序。從早期替代手工下料，到現(xiàn)在完全依賴數(shù)控切割機。這類技術的發(fā)展為機械、冶金、化工、造船和橋梁等行業(yè)帶來了巨大的生產(chǎn)力，如今已很難想象沒有數(shù)控切割機的場景。伴隨著工業(yè)自動化不斷的發(fā)展，等離子...
2020-10-231
參考資料
1.
祝詩平．傳感器與檢測技術：北京大學出版社，中國林業(yè)出版社，2006年：114
2.
電感式傳感器原理
．大比特商務網(wǎng)[引用日期2015-06-30]
3.
電感式傳感器應用于自動化生產(chǎn)線
．中國移動物聯(lián)網(wǎng)[引用日期2013-06-21]
4.
陳宏. 電感式傳感器最佳工作條件[J]. 實驗室研究與探索,2016,03:32-36+55.
5.
秦亮亮. 開關電感式位移傳感器的研究與設計[D].東北農(nóng)業(yè)大學,2013.
6.
陳杰．傳感器與檢測技術：高等教育出版社，2002.8：45
電感傳感器測位移：電感式位移傳感器是通過檢測（）的變化來檢測被測量的位移。
下列說法正確的是（） ["維生素D攝入不足易發(fā)生骨質(zhì)疏松","活動過少者易發(fā)生骨質(zhì)疏松","成年后的體力活動是刺激骨形成的一種方式","失重易發(fā)生骨質(zhì)疏松","光照減少易發(fā)生骨質(zhì)疏松"]
滾珠絲杠副中采用雙螺母是為了便于（）間隙的調(diào)整。
著火油罐隨時可能發(fā)生爆炸，滅火人員千萬不能靠近油罐，可采用（）的方法滅火。 ["關閉油罐蓋子","覆蓋麻袋","噴射水流","覆蓋浸濕的棉被"]
傳感器的靜態(tài)特性指標主要有：（）、（）、（）、（）和（）等。
原發(fā)性甲狀旁腺功能減退癥與原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的區(qū)別是（） ["尿磷／肌酐降低","血鈣降低","為PTH缺乏引起","血磷升高","PTH降低"]
電感式位移傳感器是通過檢測（）的變化來檢測被測量的位移。
電感傳感器測位移：電感式位移測量傳感器和用于操作所述傳感器的方法
電感式位移測量傳感器和用于操作所述傳感器的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權利要求的前序的電感式位移測量傳感器和用于操作所述傳感器的方法。
【背景技術】
[0002]以無接觸方式工作的電感式位移測量系統(tǒng)是測量技術領域中已知的。因此，具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)的對應傳感器布置出現(xiàn)在US 5，898，304 Al中，其中提供了測量線圈和評估單元，用來進行對測量信號的檢測、處理和評估。
[0003]其中所描述的ANN包括輸入層、至少一個(隱蔽的)中間層、輸出層，以及在兩個單獨層之間的連接點處提供的加權。在學習階段確定相應加權因數(shù)的適合值，在所述學習階段中，在具有已知材料并且與傳感器隔開已知距離的數(shù)個不同目標物體上進行測試測量。傳感器布置應適于不取決于相應目標物體的材料來確定距離和厚度。
[0004]在所提及的位移測量系統(tǒng)中，由測量線圈測量的電感數(shù)據(jù)需要借助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)進行頻譜分析。這樣做的依據(jù)是測量的頻譜對與目標物體相隔的空間距離的相依性。在頻譜分析期間，對測量的瞬時不同的電壓和電流變量執(zhí)行特別是數(shù)值計算，這意味著相當大的計算工作量，并且阻礙了傳感器的緊湊構造方法以及節(jié)約成本的實現(xiàn)方式。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目標是指定在開頭提及的類型的電感式位移測量傳感器，其消除了所提及現(xiàn)有技術的缺點。
[0006]本發(fā)明是基于如下認識:這里涉及的位移測量系統(tǒng)或?qū)奈灰茰y量傳感器不需要所提及的頻譜分析，因為與測量的瞬時變化信號相比，計算出的頻率頻譜并不包含額外信息，所述頻率頻譜是根據(jù)所述信號計算出的。另外，根據(jù)目前的研究結(jié)果，在基于ANN的頻率頻譜評估時沒有發(fā)現(xiàn)對距離測量有用的頻譜或時間特征。
[0007]與此相反，本發(fā)明提出直接借助于ANN，即，在無需中間頻譜分析的情況下，來評估由測量線圈檢測到的瞬時變化信號。優(yōu)選因此由ANN評估來自要測量的目標物體的脈沖響應，所述脈沖響應是由發(fā)射器線圈所發(fā)射的非周期性(瞬態(tài))信號引起。脈沖響應大致上是由在目標物體中感生的渦電流和磁性極化生成。ANN供應目標物體的距離數(shù)據(jù)作為輸出信號。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的位移測量傳感器具有特性線，所述特性線不取決于周圍溫度或傳感器的操作溫度以及將被測量的目標物體的相應材料。在這個特性線中，應用由位移測量傳感器供應的結(jié)果數(shù)據(jù)(例如，距離數(shù)據(jù))，對上(versus)以另一種方式確定的實際距離。針對根據(jù)本發(fā)明的位移測量傳感器產(chǎn)生的特性線優(yōu)選地形成為線性的，或表示至少嚴格單調(diào)運行的曲線。在線性進程的理想情況中，特性線的梯度大致上對應于值I。
[0009]由于借助于ANN直接評估電感檢測的測量信號，S卩，在不要求中間頻譜分析的情況下，這樣大大減少了傳感器結(jié)果的硬件開支，因此，與現(xiàn)有技術相比，實現(xiàn)了緊湊得多的構造。例如，從而允許將ANN和另外要求的邏輯電路整合到微控制器中，因此可明顯減少生產(chǎn)成本。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的電感式位移測量傳感器適于確定將被測量的金屬目標物體的距離、空間方位、厚度和材料性質(zhì)，具有本文描述的優(yōu)點。
[0011]必須注意，可根據(jù)傳感器的使用目的以如下這種方式對ANN進行配置或編程實現(xiàn)了特定于材料的測量，而不是所提及的不取決于材料的測量。
[0012]還必須強調(diào)，位移測量傳感器可以只是優(yōu)選地用于電感式工作的位移測量系統(tǒng)，并且根本上也能夠在具有本文針對非電感式工作的位移測量系統(tǒng)所描述的優(yōu)點的情況下使用，其中評估對應的脈沖響應。非電感式工作的位移測量傳感器的實例是光學方式、聽覺方式(超聲)或以電容方式工作的傳感器。
【附圖說明】
[0013]圖1借助于框圖、使用距離傳感器的實例，展示了根據(jù)本發(fā)明的位移測量傳感器的示例性實施方案；
[0014]圖2展示人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)的示例性實施方案；
[0015]圖3示出在測量信號之間的典型的瞬時連接、數(shù)字化波形和輸入數(shù)據(jù)；
[0016]圖4展示根據(jù)本發(fā)明的用來示教或訓練圖1所示的距離傳感器的方法的示例性實施方案；
[0017]圖5使用接近開關的實例來展示根據(jù)本發(fā)明的用于操作圖1所示的距離傳感器的方法的示例性實施方案；
[0018]圖6展示特性線圖，用來比較用ANN計算出的距離數(shù)據(jù)與以另一種方式測量的參考數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0019]圖1所示的電感式距離傳感器I包括:(模擬)傳感器或測量變換器10、計時單元
20、用來使檢測信號數(shù)字化的數(shù)字化單元30、信號評估單元40以及輸出單元50。在示例性實施方案中，提及的功能部件布置在單個殼體5中。計時單元20、數(shù)字化單元30以及信號評估單元40具體是在微控制器4中實施。距離傳感器I另外還包括這里沒有展示的電壓供應源。
[0020]測量變換器10包括至少一個發(fā)射器線圈11、至少一個接收器線圈12、用于發(fā)射器線圈11的運算放大器13、觸發(fā)的波形發(fā)生器14以及運算放大器15，所述運算放大器15連接至接收器線圈12并且處理分別被施加的信號。發(fā)射器線圈11和接收器線圈12表示距離傳感器I的主要傳感器元件。
[0021]數(shù)字化單元30包括A/D轉(zhuǎn)換器31和用來存儲波形的存儲器32。信號評估單元40包括用于減少采樣數(shù)的下采樣器41以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)42。這個布置允許借助于ANN 42直接評估目標物體2的取決于時間的(瞬態(tài))脈沖響應，所述脈沖響應相對于采樣率被下采樣。
[0022]圖2展示ANN的結(jié)構。在圖2中，只是為了描述目的，將布置在輸入層200和隱蔽層210的神經(jīng)元之間的連接線標記為虛線。
[0023]所述ANN包括輸入層200、至少一個不可見層或隱蔽層210以及輸出層220。輸入層200的每一個輸入節(jié)點或每一個輸入神經(jīng)元201-205通過預先確定的加權因數(shù)207以物理方式(電、光學等等)或邏輯方式連接至布置在隱蔽層210中的每一個隱蔽神經(jīng)元211-216。布置在隱蔽層210中的每一個隱蔽神經(jīng)元211-216通過預先確定的加權因數(shù)207連接至布置在輸出層220中的每一個輸出神經(jīng)元221。
[0024]如果所述ANN具有超過一個隱蔽層210，那么所有輸入神經(jīng)元201-205通過預先確定的加權因數(shù)連接至布置在第一隱蔽層210中的每一個神經(jīng)元，其中前一個隱蔽層的每一個神經(jīng)元通過預先確定的加權因數(shù)連接至后一個隱蔽層的每一個神經(jīng)元，并且其中最后一個隱蔽層的所有神經(jīng)元連接至輸出層220的每一個輸出神經(jīng)元。
[0025]每一個神經(jīng)元以本質(zhì)上已知的方式對由各個前一層提供的并且應用了預先確定的加權因數(shù)的值執(zhí)行加法，并且借助于神經(jīng)函數(shù)來評估所得的總和。這個評估的結(jié)果表示各個神經(jīng)元的輸出值。本質(zhì)上已知的函數(shù)(例如像線性函數(shù)、sigma函數(shù)、雙曲線切線(“tangens hyperbolicus”)或符號函數(shù))被認為是神經(jīng)函數(shù)。
[0026]在本示例性實施方案中布置在輸出層220中的唯一輸出神經(jīng)元221提供整個ANN42的輸出值。輸入層200和輸出層220連接至ANN 42的周圍，在本示例性實施方案中，連接至下采樣器41和輸出單元50，而提及的隱蔽層210不可從外部直接進入。
[0027]在目前的研究中，產(chǎn)生了驚人的結(jié)果:當只使用輸入層200中的很少神經(jīng)元(并且實際上在本示例性實施方案中是5個神經(jīng)元)以及布置在隱蔽層210中的6個神經(jīng)元時，ANN 42已經(jīng)供應了不取決于目標物體的材料的距離數(shù)據(jù)，其中最大誤差只有2.65%，以及平均誤差是0.79%。這大致對應于具有24個輸入節(jié)點或神經(jīng)元和20個隱蔽神經(jīng)元的ANN拓撲所獲得的準確性。
[0028]比較由這兩個拓撲中的每一個產(chǎn)生的計算工作量，結(jié)果如下:兩個拓撲中較大的一個需要24*20+20=500次乘法、500次加法以及評估25個函數(shù)。與此相反，減小的或簡化的拓撲只需要6*5+6=36次乘法、36次加法以及評估7個函數(shù)。根據(jù)這種情況，與較大的拓撲相比，減小的拓撲對硬件資源的要求大大減少。因此，減小的拓撲可在當前的微控制器4中實現(xiàn)，從而在相對短的時間內(nèi)供應所提及的計算結(jié)果。因此，對于以24MHz和32位寬的數(shù)據(jù)通道來操作的
