1、引言
拉绳位移传感器利用收卷轮周长计量物体长度距离，应用于各类需要检测直线位移、速率、方向的工程领域，其高可靠性在自动化、商用车辆、医疗以及测试和测量应用中得到广泛验证。拉绳传感器在使用过程中，会出现传感器零点前移问题，本文尝试对该问题进行分析，以便更好的应用拉绳传感器，尽量排除各类影响误差的因素，提高整体精度。
2、拉绳传感器定义及常用参数
拉绳传感器又叫拉绳位移传感器，是一种拉绳制动位移传感器，可以通过利用柔性拉绳和弹簧承载式线轴检测并测量线性位置和速度。拉绳传感器将角度传感器和直线位移传感器的优点充分结合，形成的一款结构紧凑、测量行程长、占用空间小并且测量精度高的传感器，适用于慢速及中等加速度位移的测量，如测量运动距离、运动速度、感应位置或限位传感器、记录机械运动次数的计算器等。拉绳传感器信号输出方式可以是数字信号输出或模拟信号输出。
拉绳传感器常用参数有测量行程、输出信号模式、线性度、重复性、分辨率、线径规格、出线口拉力、最大往返速度、重量、输入电阻值、功率、工作电压、工作温度、震动、防护等级等。
3、拉绳传感器工作原理
拉绳位移传感器利用高柔韧性复合钢丝来测量位移，钢丝通过弹簧被绕于滚筒之上，榆次将位移转变成旋转运动，滚筒直接与一个精密旋转编码器连接在一起，将内部单圈或多圈电位器的角度变化转换为外部连接端的直线位移变化，并将位移量转变成电流、电压或数字脉冲形式输出。由于其输出端是柔软的钢丝线，所以可以通过滑轮，转盘等机构进行过渡，拉绳连接在移动物体上，拉绳直线运动和移动物体运动轴线对准，物体运动时位移传感器即输出数字信号。在安装使用上，拉绳传感器具有电子尺无法比拟的灵活性和适应性。
4、拉绳传感器问题分析
4.1传感器零点前移问题描述
在某工程应用拉绳式传感器过程中，拉出然后返回后的显示值每次均减小2mm，该拉绳式传感器为无限位开关，量程18m。具体表现为:当闸门升高、或人字门打开时，启闭机拉杆缩短，测绳收缩。由于此时测绳本身比较松，致使等量绳长比较短，结果闸门开到一定位置时，编码器转动数值少；当闸门降低、或人字门关闭时，启闭机拉杆伸长，测绳拉伸。由于此时测绳本身比较紧，致使等量绳长比较长，结果闸门关到原来位置时，编码器转动数值多,也就是说，当开度仪显示到原来数值时（例如全关），闸门并未关到原来位置，而闸门则提前停止关闭运行（关不到位）。
传感器零点前移是拉绳式传感器的固有弊病，传感器量程大时，每一个往返回归都能看到数字减小；传感器量程小时，尽管每一个往返回归不一定能看到数字减小，但这是由于仪表精度造成的，传感器零点前移的影响仍然存在，即积累误差仍然存在，当积累到一定程度后就会在仪表上显现出来。也就是说，若伸缩范围大，很少的伸缩次数就可看到测量偏移；若伸缩范围小，只有经过很多的伸缩次数后才可看到测量偏移；但无论何种状况，测量偏移都在累积增加。
4.2问题分析
拉绳传感器重复性零点前移原因，分析后认为，主要是由于钢丝绳的弹性和传动系统的摩擦力，使得钢丝绳在拉伸时的伸长量和收缩时的收缩量不同造成位移误差。
钢丝绳是由7×7根小钢丝绞捻而成，如果是单根钢丝，热膨胀系数可以忽略，伸缩系数也极小。但对多股钢丝绳来说，尽管热膨胀系数可以忽略，可钢丝绳在拉伸和收缩时，由于受力不同，会使绞捻松紧程度和形状（例如弯折）发生变化，相当于有一定弹性，从而使长度的伸缩量不同。
对于传动机构摩擦力，在测量轮不打滑的情况下，因为恒簧力一定，若传动系统的摩擦系数为零，那么钢丝绳在拉伸和收缩时的受力相同，伸缩量相同，重复显示数字不变。但实际上，由于传动系统（含编码器、收绳轮、蜗轮蜗杆、限位开关组件等）的摩擦系数不为零，传动系统存在摩擦力，在钢丝绳拉出时，钢丝绳（包括测量轮与收绳轮之间的钢丝绳）受力大，钢丝绳伸长，测量轮转动数字多，拉出后钢丝绳的总伸长量是钢丝绳在拉出的过程中，由测量轮到收绳轮之间测绳的微观伸长量累积而成。相反，钢丝绳收缩时，已经拉出的钢丝绳受力小，钢丝绳缩短，测量轮转动数字少，钢丝绳的长度有一个回差。按照传感器零点的前移量＝（全程拉伸后长度－全程即将收缩时长度），一个往返过程的前移量对其中短距离的前移量累积，只要有拉伸就必将产生零点的前移。
4.3问题解决
要解决拉绳式传感器重复性零点前移这一问题，就要尽量减少系统摩擦力。无论是由于测绳弹性而造成的零点前移，还是由于测绳与测量轮之间的打滑而造成的测量误差，都要做到一是尽量加大测绳与测量轮之间的摩擦力，二是尽量减小传动系统的摩擦系数。此外要注意储带轮的固定端最好加螺丝固定，如果钢丝绳拉到头时，储带轮的钢带移位，由于测量轮打滑，只会造成测绳短暂增长，使试验返回后的显示数字增大，而结果正好相反。
传感器装配和安装时要做到安全保证。传感器在出厂时应保证钢丝绳拉到头时钢带拉不完，且剩余钢带卷不产生移位。现场安装时应保证既不要拉断钢丝绳，又要保证测量范围，可以使用以下方法：
闸门下降到全关位置，用外接钢丝绳，一端与传感器绳卡连接，然后拉出钢丝绳，另一端与闸门连接，安装后应保证钢丝绳拉出长度大于闸门行程。
闸门上升到最高位置，用外接钢丝绳，一端与传感器绳卡连接，另一端与闸门连接，安装后应保证使绳卡拉出传感器10cm左右。该方法一定要确保闸门行程小于传感器量程，以免在闸门下降时拉断钢丝绳。
5、总结
在拉绳位移传感器的设计、安装、检测、计量及使用过程中均要考虑各种因素对误差的影响。本文对拉绳传感器零点前移问题进行分析，为了保证其精度应尽量做到减少系统摩擦，同时传感器装配和安装满足更高要求，排除各类影响误差的因素，提高整体精度。
参考文献
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[2]樊叶华，陈雄飞，钱振东，拉绳式位移传感器在江阴大桥结构健康监测中的应用[J]，公路交通科技，2007,24（02）.