参量放大法
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第128页（2528字）
参量放大法是将被测量微小的变化转换并放大为电学参量(如：电感、电容、电压、电流等)、光强分布(如干涉、衍射等)或其它物理量的变化，以便于细分和测量。根据微小量的变化转换成各种参量的工作原理不同，常用的参量放大技术可分为电感式、电容式、气动式、光电式等。
1．电感式参量放大
电感参量放大是将被测量的位移转换放大成电感量的变化，再经电路放大以电压信号给出。如图3．3－9所示的是电感传感器的原理图。当工件变化引起空气隙δ改变时，线圈中的电感值L发生变化：
图3．3－9 电感传感器原理图
式中N为线圈匝数；
为空气磁导率；
δ为空气隙厚度；
S为空气隙截面积(S=a·b，m2)；
由上式可知空气隙厚度δ和空气隙截面积5变化时，就能引起电感L的变化。其信号放大比为：
其中L和ΔL分别为电感量和电感变化量；δ和Δδ分别为空气间隙量和间隙变化量。电感式测微仪具有较高的放大比，目前其灵敏度可达0．01μm。
2．电容式参量放大
电容式参量放大是将被测量转换成极板间、极筒间或极板与被测件间的电容量的变化，再将电容的变化量引入专门电路，给出电压信号，确定被测工件的变化量，其原理如图3．3－10。图(a)是接触式结构，(b)是非接触式测量。
图3．3－10 电容传感器原理图
忽略电容器两端的边缘效应，其电容量为：
式中S为极板面积，d为极板间距，ε=8．85×10－12F／m为空气介电常数，其对间距d的放大比为：
电容式传感器易实现非接触测量，具有高倍放大的特点，目前其最高分辨率为0．001μm。
3．气动式参量放大
气动式参量放大技术是将具有恒压的压缩空气通过气动测量头的喷嘴，并经喷嘴与被测工件之间的间隙逸入大气，当被测工件变化导致间隙变化时，喷嘴内的压力或流量产生相应的变化，如图3．3－11所示。气动式压力传感器的原理是，当被测尺寸5变化时，喷嘴测头处气阻发生相应的改变，因而引起气室内压力的变化，这种传感器的放大比为：
图3．3－11 气动式位移传感器
这种气压转换型传感器的放大比可高达25000，最小测量单位达0．1～0．05μm。与气压转换型相对应的是气流型传感器，它将尺寸的变化转换为压缩空气流量变化。
4．光电式参量放大
光电式参量放大法是利用光学原理对某些特殊的被测参数进行转换后实现测量。随着激光及电荷耦合器件(CCD)的出现，光电式传感器应用正在不断发展。
光电传感器可以分为直接转换和间接转换两种类型。直接转换的光电式传感器是利用光学方法将被测参数的变化转换为光强信息，再用光电元件转换为电信号。常用的方法有透射法、反射法、衍射法及干涉法等。间接转换的光电式传感器是利用其它原理将被测参数的变化转换为光信息，由光电元件完成光电转换。常用的方法有：光电瞄准、激光扫描、光栅莫尔条纹等。有关光电式参量放大技术的应用在本节的前部分已经作过了介绍。
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