角度传感器国内外研究现状
时间:2017-03-02 21:32 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 随着现代计算机技术的发展，诞生了多种多样的角度传感器。通常按工作原理来分有电位式角度传感器、电阻应变式角度传感器、光栅式角度传感器、磁栅式角度传感器、感应同步器和码盘式角度传感器等[4]。6227 目前角度和角位移传感器的种类繁多，适用于各种不同的应用场合。 1 电位器式角度传感器 电位器式传感器是应用最早的一种。它结构简单、工作可靠，易于实现各种函数要求。在航空、航天及兵器中应用较广。电位器是一种常用的电子元件，在仪表与传感器中可作为传感元件，把输入的机械位移（角位移或线位移）转换成与之成一定函数关系的电阻或电压输出。电位器式角度传感器的原理类似一个滑动变阻器，将导线紧密地缠绕在骨架上，导线上装有一电刷，当电刷位置改变时，电阻随之改变且阻值的变化与所转角度成一定函数关系。非线绕式的原理与线绕式的一致，不同的是在骨架上喷导电层或用导电材料制成骨架。骨架的形状可根据需要定制，用作测角传感器时一般做成圆弧形。这类角度传感器市场上比较常见，精度一般不高，适合一般的测量场合。例如上海智松传感科技有限公司生产的WDJ型号的角度传感器，其线性精度最高为0.1%。非线绕式电位器因具有分辨力高、耐磨性好等优点正逐渐受到重视。特别是光电电位器的出现，提供了一种分辨力高、寿命长、无附加力矩且响应速度高的传感器。目前，有关单位正在致力于提高光电电位器的线性度和克服其接触电阻大的研究工作。 2 光栅式角度传感器 光栅式角度传感器是依据莫尔条纹现象进行测量的。两块栅距相等的光栅夹角为 时，在单侧光源的照射下会产生莫尔条纹现象。光通过两块光栅后光能量的分布是一个近似的正弦波。光栅相对移动一个周期时，莫尔条纹对应变化一个周期。此时在光栅背面设置一个光栏，并用光电元件来接受透过两块光栅的光能量，则光电元件输出的电压信号将随着光栅的移动而变化，移动一个栅距变化一个周期。可根据变化的周期来测量线位移或角位移。光栅式角度传感器的精度主要取决于光栅的刻线密度，密度越大的精度越高，常用的是300～1500线/毫米。受加工水平的影响，其密度不可能无限提高。总的来说，近几年用光栅的干涉原理来测量线位移或角位移的研究比较多，而且精度较高，如NPL测角仪的不确定度为0.05秒[5]。 3 磁感应同步器 感应同步器由两个平面绕组组成，一个是连续绕组，另一个是分段绕组，有偶数段，分成A、B两相，两者的分段绕组相互间隔。这是一种多极感应元件，能对误差起补偿作用，精度较高。图1-2是将部分绕组放大的电路示意图，连续绕组通上稳定的交流电，当两个面的绕组有相对转动时，分段绕组上会产生感应电流，每转动一个栅距电流变化一个周期。A相与B相相差，可以用鉴相或鉴幅方式确切反映一个空间周期内的任何角度变化。 4 霍尔角度传感器 自1879年美国物理学家Edwin Herbert Hall发现霍尔效应以来，以此为基础的霍尔传感器已发展成一个品种多样的磁传感器产品家族，被越来越多地应用于现代工业控制的各个领域。而由此衍生的霍尔传感器产业也在近十几年逐渐发展壮大起来，日益生机勃勃。霍尔角度传感器是根据霍尔效应来设计的，测量原理如图1-3所示。当永磁体旋转时，霍尔元件可感应到磁场的磁向量并输出分别与位置角 正弦、余弦信号成比例的VX和VY信号。通过VY除VX，则由敏感芯片自身灵敏度差异或磁场变化引起的误差被抵消，模拟输出电压代表的角度与磁体、温度和IC的增益敏感度无关。即芯片输出电压成为敏感芯片所检测到的场强的一元函数，代表磁体在整个360度范围内的绝对机械位置。目前基于霍尔效应角度传感器的研究测量精度不高。一般市场上常见的基于霍尔效应的角度传感器精度不是很高，例如美国MEAS传感器公司生产的AccuStar 系列的倾角传感器精度为0.01°[6]。 (责任编辑：qin) |