1.位移傳感器簡介

自動化機器或製程中，常需要以位移傳感器感測物體距離遠近或存在與否，例如於輸送帶上計算物品通過之數量，又或者是必須測量工件與加工機器之間的距離以取得數據資料進行控制等等。依感測方式而言，位移傳感器可被區分為接觸型與非接觸型兩種，一般來說，接觸型位移傳感器有動作單純、電路設計簡單等優點，但因為感測時必須與物件直接接觸，久而久之便會因接觸部分金屬疲勞而出現變形、斷裂、接觸不良等結構損壞情形，再者亦有一些物件本身便不適合以直接接觸的方法進行感測，例如質輕、脆弱、昂貴之物品，又或者是液體，此時便需以非接觸型位移傳感器來進行量測。

對于接觸式位移傳感器而言，被感測物的位移、運動或位置是經由一感測軸所感應得到，此一感測軸與被感測物間作機械性的藕合，并透過此軸將被感測物運動量傳送至后續轉換元件，以將運動量轉換為電訊號輸出。而非接觸式位移傳感器通常利用磁變量或光學原理測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，分別簡介如下：

1.1磁阻變化式位移傳感器

此類感測器利用磁性材料的磁阻變化感測位移之改變，通常感測器內部有超過兩組以上的線圈，位移變化會被轉化為線圈的磁阻變化。此類感測器中最常見的是LVDT（線性差動變壓器），其構造如圖1，因具有靈敏度高、精確度高、體積小、質量輕，與耐用等優點，且沒有溫、溼度之限制，故常被應用於許多工業品管的場合中，其作用原理與變壓器類似，讓導磁磁蕊在線圈中移動進而改變線圈電壓感應量，其電訊號輸出量正比於可動磁蕊的位置。

圖1.LVDT結構示意圖

1.2　電容式位移傳感器

電容式傳感器之構造如圖2，包含一對固定電極，并有一絕緣介質構成之移動物在電極間移動，此移動物體一端與感測軸連接，當移動物於電極間位置產生變化時，在兩電極間以絕緣移動物體作介質之區域會隨之增加或減少，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物或被感測物之運動量或位置變化。

圖2.電容式位移感測器構造示意圖

非接觸式電容式位移傳感器于使用時，需將系統週邊之電容量，例如連接感測器與訊號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，以免影響感測結果。除此之外，亦要注意感測器感測電極的邊緣效應與避免不必要的運動工作。

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，接觸式之原理是採用一可滑動永久磁蕊於固定線圈內部運動以使電感產生變化，再透過線圈與LC震盪電路相連，當線圈電感量改變時會使震盪電路輸出頻率產生對應變化；或者將線圈製作成電橋電路之一臂，利用電橋電路測量電感變化而改變電壓輸出。

1.4電阻式位移傳感器

線性式或旋轉式可變電阻常被應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整鈕等等，都是使用可變電阻來進行控制，其實可變電阻亦可作為位置感測之工具。可變電阻又稱為電位計，其原理可以圖3來說明，一滑動物體沿著覆有電阻材質的路徑移動，滑動物之電壓輸出將與滑動物所在位置電阻值呈一定比例。圖4為本實驗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.電位計工作原理示意圖
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