用于控制與監測的線纜位移傳感器系統

　　隨著航空航天和飛機制造工業的蓬勃發展，線纜位移傳感器（CablePositionTransducers,CTP）或線性電位計/編碼器zui初是上個世紀60年代中期發展起來的，它們首先用于飛行器試飛期間對飛行器飛行操作機構進行監視。
　　
　　現在的CPT技術已經是經受了考驗的成熟技術，而顯然它并還沒有過時的跡象。一系列需要兼顧高性能和成本的應用項目將CPT用于關鍵控制與監視操作的基本手段，例如：
　　
　　■DeltaIV導彈推力矢量系統；
　　
　　■軍用飛機水平傳感器；
　　
　　■柴油發動機燃料指數測量；
　　
　　■空間站環境控制系統；
　　
　　■民用和軍用飛機飛行數據記錄儀輸入傳感器；
　　
　　■物流分類與定位設備。
　　
　　該技術的用途如此之廣，以至于沿用的名稱有各種各樣，例如，線纜延伸位置傳感器、線纜擴展傳感器、線纜傳感器、線纜延伸傳感器、CET、CPT、拉線式編碼器/傳感器、鋼纜傳感器、電線傳感器、電線延伸傳感器和yo-yo電位計。這些名稱都涉及通過一根從彈簧式線纜盤伸出并縮回且位移靈活的線纜測量位移的裝置。該線纜盤連接到一個旋轉傳感器（見圖1）。　　CPT的優點
　　
　　多軸能力—CPT能用來跟蹤線性、旋轉、二維和三維移動。具備這種能力使CTP成為測試項目以及OEM應用經常選用的裝置，因為在具體應用時它們的體積和安裝的靈活性是其他裝置*的。
　　
　　安裝靈活—線纜位移靈活是CPT固有的特征。它能通過一些途徑滿足應用的需要；而且包括使用磁鐵、吊環螺栓或螺紋扣件。線纜也能借助于滑輪和軟管繞過障礙物。此外，配備傳感器安裝基座和多個線纜出口后，使安裝更靈活，不需要增加專門固定設備和適配器的支出。
　　
　　安裝速度快—安裝靈活，所需時間一般不到2分鐘。安裝成本的降低在用于產品測試和研發過程中具有特別重要的意義。
　　
　　體積小—世界上zui小的CPT測量1.5英寸（38.1毫米）位移時，體積只有0.75平方英寸×0.38英寸（19毫米×19毫米×10毫米）。隨著測量范圍的提高，CPT相對小的體積的優勢就更加明顯，如圖2所示。　　重量輕—CPT是用質量輕不銹鋼或高強度大拉力結構的線纜測量位移的。該特征連同通常采用的陽極化鋁組件，導致產品的質量-量程比很低。輕量的特征也能提高產品用于工業機械設備應用在振動大的環境下的使用壽命。下列對比表介紹的是各種位移測量傳感器的重量與范圍的比較。
　　
　　結構堅固—CPT的設計合理、加工要求嚴格，用于工業、航空航天、測試和室外惡劣環境已有30多年了，而且性能一直十分可靠。CPT的設計從機械結構和電氣結構上來說都是簡單的，從而提高可靠性，減少維護以及延長工作壽命。CPT的環境實驗結果表明，CPT在沖擊力大、高振動、高濕度、腐蝕性強等環境下工作時可達到有效的實施。
　　
　　電信號輸出—由于CPT可結合各式各樣的旋轉傳感器以及相關信息處理技術，因此用戶需要的電信號輸出一般都能滿足要求，包括：4~20mA、0-5Vdc、0-10Vdc、±5Vdc、±10Vdc、正交、RS-232、LVDT或RVDT型信號和同步或分解器型信號。
　　
　　信號處理—CPT，特別是模擬電位計式CPT，對信號處理的要求通常是功率低、且方式簡單。5V或更低的直流電源就能滿足要求，大多數情況下沒有特殊的信號處理要求。
　　
　　工作溫度—模擬輸出CPT的工作溫度范圍是-65℃至+125℃，而數字輸出CPT的工作溫度范圍是-40℃至85℃或-20℃至+100℃。按要求定制的傳感器的工作溫度范圍更大。
　　
　　度—采用非后沖連接和輪轂技術后，模擬輸出CPT提供的線性度—補償度，超過滿刻度的±0.025%。例如，10英寸（254mm）量程的模擬輸出CPT的度能達到±0.0025英寸（±0.0635毫米）。
　　
　　測量范圍—CPT的測量范圍很大，從1.5英寸一直到超過2000英寸（從38毫米到超過50米）。　　注意事項
　　
　　十全十美的檢測技術是不存在的，CPT也不例外。選用CPT時，請注意下列事項。
　　
　　頻率響應—CPT廣泛用于加速度超過50Gs的車輛沖擊試驗。CPT也被用在了加速度達到100Gs的應用場合。然而，在加速度*的應用中CPT的頻率響應能力可能會不夠。例如，在需要超過100Gs的線纜加速度的應用場合以及以高頻率、小幅度位移使用模擬輸出型CPT的應用環境中，CPT的頻率響應會出問題，這些應用的特點往往使電位計元件出現抖動磨損。
　　
　　使用壽命—采用光學編碼器或導電塑料檢測技術的CPT的使用壽命超過1億次軸旋轉，然而，大量程模擬輸出的CPTs需要多圈電位器，壽命小于1000萬次軸旋轉。盡管位移長、頻率高的用途并不常見，但仍然應該對成本和可靠性進行全面分析，然后選擇一種適合于這種用途的CPT。
　　
　　線纜拉力—諸如超聲波，霍耳效應或激光等非接觸檢測裝置在開展測量工作時不會采用機械手段。CPT線纜拉力給測量工作施加負荷。這種負荷盡管zui低可降至小到1盎司，但是不可能被消除。因此，如果某些應用對外來負荷很敏感時，應考慮采用其他技術。
　　
　　度—采用非后沖連接和輪轂技術的CPT具有*的度。然而，這種度有時不能滿足某些應用的需要。為此，您應該考慮采用LVDT、激光裝置或其他度高的技術。看一看您的應用是否不需要原始度，而是側重于相當高的線性度、分辨率、重復性或滯后。
　　
　　懸鏈線誤差—懸鏈線（catenarycurve）描述位移線纜受均勻力，如地心引力作用時呈現的狀態。由于線纜每單位長度的質量如此之小，而線纜拉力又相對較大，因此線纜垂度（sag）不會有很大的誤差，除非線纜長度超出正常范圍（超過60英尺（18米））。線纜垂度誤差與其他來源的誤差相比，盡管較小（通常小于±0.0025%），但是某些應用（通常涉及很大的角位移或很長的位移測量）產生的影響力足以使線纜垂度產生很大的誤差。