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壓電式位移傳感器：[填空題] 壓電式位移傳感器的基本工作原理是將位移量轉換為力的變化，然后利用（）將力的變化轉換為電信號。

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壓電式位移傳感器的基本工作原理是將位移量轉換為力的變化，然后利用（）將力的變化轉換為電信號。

壓電式位移傳感器：壓電式振動位移傳感器Y20

壓電式振動位移傳感器Y20，利用壓電晶體的壓電效應，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號與外力成正比。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動態范圍大、體積小和重量輕等優點。可加裝iepe電路，直接輸出電壓信號。是一款電壓型輸出，采用壓電效應原理，用石英晶體作為敏感元件，頻響寬、動態特性好，具有動態測量響應快、靜態校準持續時間長、拉壓靈敏度誤差小等特點。可測量各種旋轉機械的軸承振動，可以早期發現各種旋轉機械的故障，輸出標準4-20mA電流信號，送給PLC、DCS和DEH系統等。可以實現旋轉機械連續長期的振動監測與保護，適用于大型機械汽輪機、風機、水泵、磨煤機等機械設備殼體的振動測量與保護。利用磁電感應原理把振動信號變換成電信號。它主要由磁路系統、慣性質量、彈簧阻尼等部分組成。在傳感器殼體中剛性地固定有磁鐵，慣性質量（線圈組件）用彈簧元件懸掛于殼體上。工作時，將傳感器安裝在機器上，在機器振動時，在傳感器工作頻率范圍內，線圈與磁鐵相對運動，切割磁力線，在線圈內產生感應電壓，該電壓信號正比于被測物體的振動速度值，對該信號進行積分放大處理即可得到位移號。 傳感器有很低的使用頻率，可以適用于低轉速的轉動機器。

壓電式位移傳感器：哪些傳感器可選作小位移傳感器，為什么？

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按照原理分類介紹幾種工程實際中我曾用到的小量程位移傳感器。
1. 基于壓電柔性鉸鏈技術的位移傳感器
德國PI（Physik Instrumente）公司一直是位移傳感器領域的巨頭之一，在我碩士期間曾用過如下這款線性壓電陶瓷定位系統（P-611型），該系統基于壓電柔性鉸鏈技術，其優點是高剛性、負載容量和耐磨性。柔性鉸鏈無需維護，可使用非磁性材料制造，不需要潤滑劑或消耗品，因此可在真空環境下工作。
作為杠桿的柔性鉸鏈，使得壓電陶瓷促動器的行程可通過集成杠桿機構進行增加。促動器被機械地集成在柔性接頭內，行程可得到擴展。同時，具有柔性鉸鏈導向的壓電陶瓷平臺實現了幾納米或微弧度的導向精度，以及優秀的平面度等。對于如上所述的P611型位移傳感器，其落地面積約為40毫米見方，行程約為120微米，位移分辨力可達到0.2納米，可以進行一維、二維以及三維的位移運動，是一種性價比較高的可實現小型位移的傳感器。
2. 電容納米級位移傳感器
電容位移傳感器可以實現非接觸、亞納米精度的直接位置測量。
其測量原理如下圖所示：
設計兩個導電表面：高頻交流電在兩個表面之間產生均勻電場。由于具有平行板電容器，電容與兩個表面之間的距離直接相關。測量的量是電場電容的變化。其中均勻的電場可以確保高線性度。具有額外保護環電極的配置可在活動區域產生一個非常均勻的電場。 此外，PI公司的所有電控均使用可糾正兩個傳感器臺之間平行度誤差的集成線性化方法。根據所使用的材料，電容傳感器提供獨立于熱影響的良好的長期穩定性。
其測量視頻如下所示：
下圖為PI公司生產的一種具有超高精度的電容位置傳感器，用于掃描顯微鏡的6D納米系統。
3. 電感位移傳感器
電氣部件外置電磁感應位移傳感器采用可自由移動的活塞。非接觸測量實現了無機械磨損。下圖為德國Micro-Epsilon公司生產的產品，其具體參數如下：
線性量程 ±1- ±10 mm絕對誤差 ≤±0.3 %極限頻率 300Hz
測量安裝 彈簧磁芯桿
對于這款電感位移傳感器，我曾用在超精密位移臺機械滾軸的測量，下面提供一個典型例子說明用法：
在鍍層機械中，滾軸之間的間距需要顯示出來，作為控制涂層材料重量的參考。為了實現該目的，將電感式位移傳感器被安裝在滾軸架上。接觸式傳感器探頭直接接觸上端滾軸機械連接面。對于大滾軸之間相對較小的間距變化，接觸式電感位移傳感器特別適合。在滾軸兩端分別安裝接觸式位移傳感器，可以實現兩側間隙的分別控制。
4. 光學位移傳感器
光學位移傳感器種類極多，比如我曾經用下面這款HP5529A型干涉儀進行對照試驗。
光學位移傳感器的優點十分明顯，測量速度快、分辨力高、靈敏度高，但是其也有缺陷，比如造價昂貴、易受干擾等，更加適合于實驗室的場合。
現今的光學位移傳感器也有面向工廠車間等嘈雜使用環境的，比如光柵位移傳感器，俗稱光柵尺（下圖為德國海德漢公司生產的一維光柵尺）等。
其中，光柵尺又分為：封閉式光柵尺、敞開式光柵尺、增量式光柵尺以及對式光柵尺等：
封閉式光柵尺能有效防塵、防切屑和防飛濺的切削液，是用于機床的最佳理想選擇。
敞開式光柵尺與讀數頭和光柵尺或鋼帶間沒有機械接觸。這些光柵尺的典型應用包括：測量機、比較儀和其它長度計量精密設備以及生產和測量設備，例如用在半導體工業中。
增量式光柵尺決定當前位置的方式是由原點開始數測量步距或細分電路的計數信號數量。海德漢的增量式光柵尺帶有參考點，開機時必須執行參考點回零，操作非常簡單、快捷。
絕對式光柵尺無需執行參考點回零操作就能直接提供當前位置值。光柵尺的絕對位置值通過EnDat接口或其它串行接口傳輸。
5. 3D測頭
最后介紹一款測量三維信息的3D測頭，如下圖所示。
其測量原理詳見視頻：
通過視頻可以發現，3D測頭的工作原理類似于光學“杠桿”，通過接觸物體產生的小位移信息，產生光學“杠桿”的傾斜，進而測出位移以及物體信息。
最后，小位移傳感器的種類非常多樣，相比于傳統的光學傳感器（如激光干涉儀、光柵尺）、電學傳感器（如電容電感傳感器）、以及機械類型的傳感器等，現今微納米加工技術衍生出的MEMS位移傳感器、陀螺儀等都是非常新穎又性能卓越的位移、定位傳感器，因而系統設計時要因地制宜博采眾長。希望我的回答能對您有幫助。

壓電式位移傳感器：非接觸型磁力壓電式位移傳感器

摘要：

本發明提出一種新型位移傳感器裝置,命名為非接觸型磁力壓電式位移傳感器,包括永磁體組A,永磁體組B,壓電元件.所述永磁體組A固定在一被測量端;所述壓電元件固定在另一被測量端;所述永磁體組B固定在壓電元件上或通過支架,墊片等方式連接在壓電元件上,所述永磁組B受到的排斥力等作用力可以傳遞到壓電元件上;所述永磁體組A和永磁體組B安裝時同極相對并保持一定距離.本發明提出的非接觸型磁力壓電式位移傳感器是采用磁體同極排斥和壓電元件的壓電效應相結合的工作原理.因所述永磁體組A,永磁體組B分別在被測位移的兩端,被測位移在某個數值上會導致永磁體組A和永磁體組B處于相應的距離上;從而相應距離產生相應的排斥力,所述永磁體組B受到的排斥力作用于壓電元件,所述壓電元件輸出相應的電壓信號.通過距離,排斥力,電壓信號之間的定量關系,實現位移信號到電信號的轉換.本發明提出的非接觸型磁力壓電式位移傳感器相對于原有懸架動態位移測量及載荷動態監測裝置具有非接觸,零磨損,精確度高,高頻特性好,易維護,壽命長的優點.

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