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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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解讀角度位移傳感器原理及其應(yīng)用實(shí)例

解讀角度位移傳感器原理及其應(yīng)用實(shí)例

2013/10/17 15:28:06

角度位移傳感器是利用角度變化來(lái)定位物體位置的電子元件。適用于汽車(chē),工程機(jī)械,宇宙裝置、導(dǎo)彈、飛機(jī)雷達(dá)天線的伺服系統(tǒng)以及注塑機(jī),木工機(jī)械,印刷機(jī),電子尺,機(jī)器人,工程監(jiān)測(cè),電腦控制運(yùn)動(dòng)器械等需要精確測(cè)量位移的場(chǎng)合。本文介紹角度位移傳感器原理及其應(yīng)用實(shí)例。

角度位移傳感器原理

角度傳感器用來(lái)檢測(cè)角度的。它的身體中有一個(gè)孔,可以配合樂(lè)高的軸。當(dāng)連結(jié)到RCX上時(shí),軸每轉(zhuǎn)過(guò)1/16圈,角度傳感器就會(huì)計(jì)數(shù)一次。往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),計(jì)數(shù)增加,轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí),計(jì)數(shù)減少。計(jì)數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化角度傳感器時(shí),它的計(jì)數(shù)值被設(shè)置為0,如果需要,你可以用編程把它重新復(fù)位。

角度位移傳感器原理圖 角度位移傳感器原理圖

角度位移傳感器實(shí)例

如果把角度傳感器連接到馬達(dá)和輪子之間的任何一根傳動(dòng)軸上,必須將正確的傳動(dòng)比算入所讀的數(shù)據(jù)。舉一個(gè)有關(guān)計(jì)算的例子。在你的機(jī)器人身上,馬達(dá)以3:1的傳動(dòng)比與主輪連接。角度傳感器直接連接在馬達(dá)上。所以它與主動(dòng)輪的傳動(dòng)比也是3:1。也就是說(shuō),角度傳感器轉(zhuǎn)三周,主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一周。角度傳感器每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)16個(gè)單位,所以16*3=48個(gè)增量相當(dāng)于主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)一周?,F(xiàn)在,我們需要知道齒輪的圓周來(lái)計(jì)算行進(jìn)距離。幸運(yùn)地是,每一個(gè)LEGO齒輪的輪胎上面都會(huì)標(biāo)有自身的直徑。我們選擇了體積最大的有軸的輪子,直徑是81.6CM(樂(lè)高使用的是公制單位),因此它的周長(zhǎng)是81.6?π=81.6?3.14≈256.22CM?,F(xiàn)在已知量都有了:齒輪的運(yùn)行距離由48除角度所記錄的增量然后再乘以256。我們總結(jié)一下。稱R為角度傳感器的分辨率(每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)數(shù)值),G是角度傳感器和齒輪之間的傳動(dòng)比率。我們定義I為輪子旋轉(zhuǎn)一周角度傳感器的增量。即:

  I=G?R

在例子中,G為3,對(duì)于樂(lè)高角度傳感器來(lái)說(shuō),R一直為16.因此,我們可以得到:

  I=3?16=48

每旋轉(zhuǎn)一次,齒輪所經(jīng)過(guò)的距離正是它的周長(zhǎng)C,應(yīng)用這個(gè)方程式,利用其直徑,你可以得出這個(gè)結(jié)論。

  C=D?π

在我們的例子中:

  C=81.6?3.14=256.22

最后一步是將傳感器所記錄的數(shù)據(jù)-S轉(zhuǎn)換成輪子運(yùn)動(dòng)的距離-T,使用下面等式:

  T=S?C/I

如果光電傳感器讀取的數(shù)值為296,你可以計(jì)算出相應(yīng)的距離:

  T=296?256.22/48=1580 距離(T)的單位與輪子直徑單位是相同的.

角度位移傳感器實(shí)際上應(yīng)用 

使用角度傳感器來(lái)控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡(jiǎn)單:如果馬達(dá)角度傳感器構(gòu)造運(yùn)轉(zhuǎn),而齒輪不轉(zhuǎn),說(shuō)明你的機(jī)器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單,而且非常有效;唯一要求就是運(yùn)動(dòng)的輪子不能在地板上打滑(或者說(shuō)打滑次數(shù)太多),否則你將無(wú)法檢測(cè)到障礙物。如果是一個(gè)空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達(dá)上就可以避免這個(gè)問(wèn)題,這個(gè)輪子不是由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而是通過(guò)裝置的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它:在驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中,如果惰輪停止了,說(shuō)明你碰到障礙物了。

在許多情況下角度傳感器是非常有用的:控制手臂,頭部和其它可移動(dòng)部位的位置。值的注意的是,當(dāng)運(yùn)行速度太慢或太快時(shí),RCX在精確的檢測(cè)和計(jì)數(shù)方面會(huì)受到影響。事實(shí)上,問(wèn)題并不是出在RCX身上,而是它的操作系統(tǒng),如果速度超出了其指定范圍,RCX就會(huì)丟失一些數(shù)據(jù)。Steve Baker用實(shí)驗(yàn)證明過(guò),轉(zhuǎn)速在每分鐘50到300轉(zhuǎn)之間是一個(gè)比較合適的范圍,在此之內(nèi)不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。然而,在低于12rpm或超過(guò)1400rm的范圍內(nèi),就會(huì)有部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問(wèn)題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內(nèi)時(shí),RCX也偶會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。

角度位移傳感器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分,現(xiàn)在很多精密儀器都需要角度位移傳感器。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展,角度位移傳感器必將想高精度、微型化、智能化發(fā)展。

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