位移感測器

位移感測器(displacement sensors)隨著科學進步發展出許多種類，各有其優 缺點，當要量測位移時須因應當下需求來選擇適當的位移感測器，以達到最佳的 量測性能。目前較廣泛之市售精密定位位移感測器，例如：(1)渦電流式位移感 測器、(2)電容式位移感測器、(3)電感式位移感測器、(4)線性變量差動變壓器、 (5) 雷射位移感測器。

渦電流式位移感測器主要原理是利用金屬板通過的磁場大小改變時，金屬板

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表面會產生漩渦狀的感應電流(冷次定律)。故感測器可偵測渦電流大小來計算出 預偵測物體的相對運動。優點有：非接觸可避免磨損、抗油汙、結構穩固、線性 等。而缺點有：其量測距離受限於量測線圈的直徑大小、量測物件的材質。2001 年 Pan Haifeng, Zhu Huizhong, Fu Zhibin, Xu Yusheng, Feng Guanping[17]等人發 表了一篇對於新型的渦電流長距離位移感測器來改進其量測距離受限於線圈大 小的缺點。製作出來的渦電流感測器運作環境溫度為 18~30 ，量測位移為 40mm，

解析度為 125mV/mm。

電容式位移感測器主要是利用電極帄板的相對位置改變時，其電容值會因應 其變化量而改變來達到量測位移的功能，由於其結構簡單，故成本低，且測量時 並不接觸待測物，故可避免磨損，但電容易受到溫度而產生變化，且電路易影響 其電容大小。其量測範圍依照設計不同可從數微米到數毫米，如圖 1.2.10 所示，

電容感測器靠近已接地之待測物，測量兩表面間之電容值，並換算成位移。

圖 1.2.10 電容式位移感測器[15]

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電感式位移感測器基本設計是使用一個可自由移動的鐵磁性材料蕊心在線 圈中移動，移動過程中會使電感產生變化，再透過線圈與振盪電路連接，使得電 感產生變化時，振盪電路的輸出頻率會產生相對應的變化，便可用來測量位移，

且此種感測器解析度高，成本低，如圖 1.2.11 所示。於 2008 年 Mirjana S.

Damnjanovic, Ljiljana D. Zivanov, Laszlo F. Nagy, Snezana M. Djuric,和 Branimir N.

Biberdzic[7]等人發表增加量測範圍的新型電感式雙軸位移感測器，讓感測器的線 性區域提升 1.7 倍左右。

鐵磁性軸 線圈

圖 1.2.11 電感式位移感測器探針頭和剖面圖[16]

線性變量差動變壓器(linear variable differential transformer, LVDT)原理類似 變壓器，主要差別為變壓器之鐵心為固定，然而 LVDT 為可動，故利用可動的鐵 心可以影響次及線圈之電壓感應量，使其電壓會隨著鐵心的移動產生變化。

雷射位移感測器在目前已發展出利用干涉儀、都卜勒或反射等原理來運用在 感測距離。干涉儀主要是利用雷射光打到目標後，其反射光和入射光會產生破壞 性或建設性干涉特性來感測距離。雷射都卜勒測距儀主要是發射多種不同頻率之

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脈波列，並偵測經反射的雷射訊號，經分析後，即可得知目標物的位移。