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創新的下一代非接觸式位移傳感器


MicroEpsilon公司董事總經理克里斯瓊斯(Chris Jones)表示,繼續推進位移測量傳感器小型化的努力似乎沒有盡頭,尤其是在集成電子產品和智能傳感器方面,它們提供了豐富的功能和更高的功能。


通過使用許多不同的物理測量原理,可以用各種方法測量位移。幾年前,位移傳感器在其住宅設計中仍然相對較大,使用的是獨立的、離散的電子設備。然而,新的技術和生產系統現在使微型傳感器能夠用集成電子產品生產。這一領域的先驅是MicroEpsilon。


成立于1968年在德國漢諾威,Micro-Epsilon最初是一家應變計制造商,是該公司位移測量產品系列的起點。


在20世紀70年代中期,人們已經認識到MicroEpsilon的未來是非接觸式位移測量技術。與接觸系統不同的是,非接觸式傳感器不需要磨損,因此可以在更長的時間內提供更可靠的結果?,F代生產系統需要最小的周期時間,因此需要從位移傳感器獲得非??斓臅r間,這反過來只能通過使用非接觸式測量技術來保證。


在敏感物體受到接觸不利影響的情況下,非接觸式傳感器是理想的,因為它們測量距離物體安全范圍的距離。對位移傳感器的性能和可靠性要求很高。重要的應用標準是測量頻率、準確度、溫度穩定性和分辨率。


廣泛的位移測量技術


自成立以來,MicroEpsilon公司一直試圖在位移測量領域建立盡可能全面的組合。在非接觸式位移測量領域,公司目前的范圍包括傳統的電磁測量方法:電容法、電感法和渦流法。為光學位移測量提供了激光三角測量、飛行時間傳感器和共焦傳感器,這意味著客戶總是為他們的測量任務獲得最優的解決方案,因為狹窄的產品組合并不限制他們的選擇。


目前位移測量技術的發展趨勢表明,現在需要更小、更智能的集成電子傳感器。在機械工程中,對極其緊湊的傳感器的要求一直是一個重要的因素,特別是在安裝空間受到限制或傳感器需要輕量級的情況下。在傳感器中集成更多的電子和智能方面也是如此。這意味著傳感器更頻繁地被要求直接在傳感器中執行信號調理,從而減少分量計數,同時提供更快的測量速度。


下一代渦流ECT傳感器


渦流傳感器可用于所有導電材料。當渦流穿透絕緣子材料時,即使是絕緣層后面的金屬也可以作為測量對象。一個特殊的線圈繞組意味著非常緊湊的傳感器設計是可能的,這仍然可以在高溫范圍內使用。所有渦流傳感器對污垢、灰塵、水分、油和壓力都不敏感。


MicroEpsilon的微型渦流傳感器在世界范圍內得到認可。這些傳感器直徑為2mm,電纜直徑僅為0.5mm,是當今世界上最小的標準渦流傳感器。


MicroEpsilon公司的嵌入式線圈技術(ECT)代表了渦流傳感器設計和制造方面的一項技術突破,從而克服了以往渦流傳感器的局限性。由于其超緊湊的設計和在其結構中使用新的無機材料,新的eddyNCDT ECT傳感器在傳感器的外部設計和幾何形狀方面提供了幾乎無限的范圍。這意味著傳感器可以適應幾乎任何應用需求。


EddyNCDT ECT傳感器具有極強的機械魯棒性,使工作間隔更長,溫度穩定性更高。完整的電路電子學可以集成到傳感器中,為原始設備制造商和機器制造商提供更加緊湊的測量解決方案。該傳感器還適用于惡劣的工作環境,包括高振動、沖擊和高達350℃的高溫工作溫度。傳感器的熱漂移極低,溫度誤差小于百萬分之20/百萬/度開爾文。


電容傳感器新技術


電容傳感器是任何非接觸式傳感器技術中精度最高的。最新的電子產品使人們有可能在皮米范圍內提供分辨率。通常,這些傳感器是用來測量對導電目標,但某些絕緣體也可以測量。


電容傳感器被設計為保護環電容器。在實際應用中,使用這些傳感器可以獲得幾乎理想的線性特性。然而,在傳感器和目標之間需要一個恒定的介電常數來進行常數測量,該系統對測量間隙中的介電變化敏感地作出反應。由于熱誘導電導的變化對測量沒有影響,在溫度劇烈波動的情況下,該原理也是可靠的。


MicroEpsilon的新一代CapaNCDT CSH傳感器使用了一種特殊的陶瓷基板,提供了極高的溫度穩定性。使用這一技術,幾乎可以開發出無限的傳感器幾何圖形。例如,一個非常平坦的傳感器已經生產,其安裝高度僅為4毫米。該技術克服了以往圓柱傳感器設計的局限性。迄今為止,使用這些傳感器的最大分辨率為0.037nm。


緊湊型激光傳感器


通過在傳感器本身集成智能電子設備,激光三角測量傳感器是傳感器系統變得越來越小的一個很好的例子。大多數傳統的傳感器需要一個單獨的電子單元以及傳感器本身。MicroEpsilon公司的OptoNCDT 1302和1402傳感器有一個非常小的外殼,其中完整的電子集成在不犧牲傳感器性能的情況下。這兩個系列包括12種不同的測量范圍在5毫米至600毫米之間。范圍內的其他傳感器可達200萬。


使用這種測量原理的真正優點是距離它所提供的目標的距離比較大。對于熱的或運動的目標,它是有利的測量從一個大的站立距離。使用光學NCDT激光傳感器意味著可以實現非常小的光斑尺寸,這往往是應用的關鍵。光斑大小可在幾微米范圍內,因此也可用于類似尺寸的目標。


微型共焦傳感器采用梯度折射率透鏡


當使用共焦色測量技術時,極高的分辨率是可能的。在納米范圍內的分辨率通常是通過擴大顏色光譜來實現的。由于顏色是在焦點,用于距離信息,共焦傳感器有一個非常小的測量點,使測量特別小的物體。因此,即使是表面上最細微的劃痕也可以可靠地測量。


該傳感器的束流路徑緊湊、同心圓。這意味著,例如,在鉆孔或試管內進行測量是可能的。對于這樣的測量,共焦微型光學NCDT 2402傳感器,其傳感器直徑只有4mm,是理想的。五種傳感器模型的測量范圍從0.4mm到6.5mm,分辨率達到0.016 m。自2007年發射以來,這些傳感器一直是無與倫比的。隨著光學NCDT 2402傳感器的發射,直徑從23毫米減少到4mm。使用這些傳感器可以測量透明薄膜、板或層的厚度。與其他方法相比,該系統只需要一個傳感器即可進行這種類型的測量。由于測量只使用白光,因此不適用激光安全規則。這些傳感器也可以用于潛在的爆炸區域和易受EMC影響的系統。


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