先进交流位置传感器：从电位器到电感同步器与电容传感器
现代自动化中，精准将机械运动转为电信号至关重要。直流器件如热电偶、应变片长期服务此目的，但交流传感器提供独特优势——尤其非接触操作、高精度、安全至上时。
电位器基础
电位器抽头电压指示轴装物体位置。
电位器提供简单低成本法将角度或线位移转比例电压。但因滑动刷接触磨损，导致漂移、噪声、甚至危险环境潜在电弧。这些局限使其不适合苛刻工业或安全关键应用。
LVDT (线性可变差动变压器)
用自由移动变压器铁芯替代滑动触点，LVDT 消除磨损和电弧风险。含交流激励初级绕组和两串联反接次级绕组。铁芯移动时两次级感应电压差异，输出为其差动值。
关键属性：
- 铁芯居中时零输出。
- 输出幅值与铁芯位移成正比；相位指示方向。
- 典型激励：≤10 V RMS，50 Hz–20 kHz。
- 快速响应需更高激励频率；否则快速运动畸变正弦波。
RVDT (旋转可变差动变压器)
功能类似 LVDT，RVDT 测量角位移。铁芯随轴旋转，允许测量 360° 部分而非整圈。这使 RVDT 适合需非接触高精度传感的旋转应用。
自动同步机 / Selsyn
这些器件将变压器原理适配至全圆旋转。用绕线转子交流电机/发电机结构，单交流激励初级绕组在转子，多相定子。定子感应电压随转子角变化，产生正弦余弦输出代表轴绝对位置。
自动同步机常成发射/接收对工作，实现远程位置复现——早期例证为海军用自动同步机远距离传输舵角。因接收端转子可上电或不上电，系统也可作误差检测器。
电感同步器 (线性版旋转变压器)
电感同步器用固定蛇形绕组替代圆形定子，可动滑块携带两相位差绕组。滑块遍历蛇形绕组产生正弦余弦波编码线性位移。100:1 变压器比下，几伏交流激励产生毫伏级输出，经旋转变压器-数字转换器 (RDC) 可数字化至 12 位分辨率，达 25 µinches 精度。旋转电感同步器配 12 位 RDC 可达亚弧秒分辨率。
电容传感器
电容随极板面积、间距、介电常数变化。固定其中两变量，电容传感器可高灵敏监测第三变量。H. Cremer 1907 年早期用电容极板检测心脏活动；现代生物医疗设备用导管探针实时监测心律。
电容传感器可自包含：一极板可动，改变重叠面积或间距；或插入/移除介质。差动设计——用三线而非两线——增强抗外部干扰能力。
差动电容传感器电桥
电桥配置中差动输出与位移成正比，相位指示方向。因电容典型皮法拉级，用高频激励 (MHz) 降低电抗，仔细屏蔽减轻杂散电容。
差动电容传感器“双T”
用双T 电路替代电桥简化读出为单直流电压。二极管交替半周给两电容充电；保持电荷久者产生较高直流电压。负载电阻将此差转为直流输出，直接与位移成正比。
优势含：
- 纯直流输出——无需相位分析。
- 直接驱动电动式表头无需放大。
- 所有关键元件接地参考，减少杂散电容误差。
- 对供电频率变化鲁棒、容忍二极管压降失配。
可加低通滤波器抑制残余交流，得清洁直流信号供仪表。
总体而言，交流传感器——从 LVDT、RVDT 到自动同步机、电感同步器、电容传感器——为工业自动化、机器人、航空航天、医疗诊断提供可靠、高精度、非接触位置传感。
工业技术