常见SICK施克传感器的分类与特性

1. SICK施克传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。它具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量高等一系列优点，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。它的主要缺点是响应较慢，不宜于快速动态测量，而且传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围大，分辨率低，反之则高。

2. 概述

SICK施克传感器利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、 振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化, 再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。

SICK施克传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。

SICK施克传感器种类很多，常见的有自感式传感器，互感式传感器和电涡流式传感器三种。

3. 工作原理

SICK施克传感器的工作原理是电磁感应。它是把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。按照转换方式的不同，可分为自感式（包括可变磁阻式与涡流式）和互感式（差动变压器式）两种 [2] 。

SICK施克传感器当一个线圈中电流i变化时，该电流产生的磁通Φ也随之变化，因而在线圈本身产生感应电势e，这种现象称之为自感。产生的感应电势称为自感电势。

变磁阻式传感器的结构如图1所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。

特点：SICK施克传感器具有很高的灵敏度，这样对待测信号的放大倍数要求低。但是受气隙δ宽度的影响，该类传感器的测量范围很小。

SICK施克传感器而与气隙导磁截面积S0成正比。

　　灵敏度S与气隙长度δ的平方成反比，δ愈小，灵敏度S愈高。为了减小非线性误差，在实际应用中，一般取。这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm。

差动变压器式传感器

互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。

差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。因此，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。

把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。

差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等。变隙式传感器的结构原理如图2所示。

金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中旋涡一样

在导体转圈，这种现象称为涡流效应。电涡流式传感器结构示意图如图3所示。 根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2。

4. 优缺点

SICK施克传感器的主要优点是：

(1) 结构简单，可靠；

(2) 灵敏度高，分辨力达0.1μm ；

(3) 测量度高，输出线性度可达±0.1% ；

(4) 输出功率较大，在某些情况下可不经放大，直接接二次仪表。

其缺点是：

(1) SICK施克传感器本身的频率响应不高，不适于快速动态测量；

(2) 对激磁电源的频率和幅度的稳定度要求较高;

(3) SICK施克传感器分辨力与测量范围有关，测量范围大，分辨力低，反之则高。

SICK施克传感器的特性

1. SICK施克传感器的概述

SICK施克传感器是指将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。实际上，它本身（或和被测物体）就是一个可变电容器。

2. SICK施克传感器的应用

SICK施克传感器可以直接测量的非电量为：直线位移、角位移及介质的几何尺寸（或称物位），直线位移及角位移可以是静态的，也可以是动态的，例如是直线振动及角振动。用于上述三类非电参数变换测量的变换器一般说来原理比较简单，无需再作任何预变换。

用来测量金属表面状况、距离尺寸、振幅等量的传感器，往往采用单极式变间隙电容传感器，使用时常将被测物作为传感器的一个极板，而另一个电极板在传感器内。

测物位的传感器多数是采用电容式传感器作转换元件。电容式传感器还可用于测量原油中含水量、粮食中的含水量等。

当电容传感器用于测量其他物理量时，必须进行预变换，将被测参数转换成d，S或ε的变化。例如在测量压力时，要用弹性元件先将压力转换成d的变化。 [3]

3. 优点

?(1)测量范围大其相对变化率可超过100%；

?(2)灵敏度高如用比率变压器电桥测量，相对变化量可达10-7数量级；

(3)动态响应快因其可动质量小，固有频率高，高频特性既适宜动态测量，也可静态测量；

?(4)稳定性好由于电容器极板多为金属材料，极板间衬物多为无机材料，如空气、玻璃、陶

瓷、石英等；因此可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作，尤其是解决高温高压环

境下的检测难题。

油液的污染形式通常是金属磨粒、氧化物、油泥、结碳、水分、沉淀物、燃油以及氢、氯

热、电、空气等造成的污染。油液污染后其物理或化学性能都会生变化，根据介电常数

的变化，便可综合测定在用油的总体污染程度和质量。

二、电容传感器分类

电容式传感器一般由两个平行电极构成，在其两个电极之间以空气作为介质，在不考虑边缘效应的前提下，其电容可表示为C=εS/d，其中，ε表示两电极间介质（即空气）的介电常数，S表示两电极之间相互覆盖的面积，d表示两电极间的距离，电容受这三个参数影响，任意一参数的改变就会使得电容得以改变。因此，可将电容传感器分为介质变化型（ε的变化因此C的变化）、面积变化型（S的变化因此C的变化）和极距变化型（d的变化因此C的变化）三种。

改善方法

为了提高电容传感器的灵敏度、减小界干扰、寄生电容及漏电的影响和减小线性误差，可采用以下措施：

①由于当d减小时可使电容量加大从而使灵敏度增加，但d过小容易引起电容器击穿，一般可以在极板间放置云母片来改善；

②提高电源频率；

③用双层屏蔽线，将电路同电容传感器装在一个壳体中，可以减小寄生电容及外界干扰的影响

漫反射型光电传感器是发射器和接收器置于一体，正常情况下接收器收不到发射器发出的光信号；当检测物通过时阻隔了光，并把光部分反射回来，接收器收到光信号，输出一个开关控制信号。

对射型光电传感器是由独立发射器和接收器组成的光电传感器。由于发射器和接收器分离，传感器的检测距离加大。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发射器和接收器分别装在检测物通过路径的两侧，并必须将两者对准以建立光路，被检物通过时阻挡光路，接收器就动作输出一个开关控制信号。

3.SICK施克传感器是把发射器和接收器装入同一个装置内，在其前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的光电传感器。正常情况下，发射器发出的光被反光板反射回来被接收器收到；一旦光路被检测物挡住，接收器检测的光信号有变化，光电传感器就动作，输出一个开关控制信号。

4.偏振反射型光电传感器

偏反射型光电传感器是把发射器和接收器装入同一个装置内，并加装偏振滤光系统，在其前方装一块棱镜反光板，以保证当光线遇偏振滤光片时，仅使偏振滤光片格栅平行方向上振动的光线能够通过，防止高反射率物体将光线反射回光电传感器的接收器造成传感器的误动作，从而使高反射率物体进入检测区域时能够被可靠检测。

5.SICK施克传感器由于目标检测物的颜色和反光率不同，常规漫反射型传感器在很多场合无法可靠检测，比如检测白色背景前的黑色目标物体，背景抑制功能使检测结果只与检测距离有关，而与物体表面颜色和反光率无关，因此适用于检测明亮颜色输送带上的暗色物体。

6.限定反射型光电传感器

限定反射型光电传感器是发射器和接收器置于一体，由发射器发出光信号，并在限定范围内由接收器接受被检物反射的光，并引起光电传感器动作，输出开关控制信号。