角度传感器:什么是角度传感器 角度传感器原理分析

2021/11/10 09:05 · 传感器知识资讯 ·  · 角度传感器:什么是角度传感器 角度传感器原理分析已关闭评论
摘要:

角度传感器:什么是角度传感器角度传感器原理分析角度传感器通常也即旋转编码器,内部在轴上安装有光栅,通过轴的旋转,切割光栅,举例说,若未360脉冲的产品,则每圈输出360脉冲,则一个脉冲代表1°,还有绝对值型的旋转编码器,输出信号是固定对应角度的,输出二进制,BCD或格雷码等。还有一种就是霍尔式的角度传感器,主要是通过磁场来检测角度变化。RB100系

角度传感器:什么是角度传感器 角度传感器原理分析

角度传感器通常也即旋转编码器,内部在轴上安装有光栅,通过轴的旋转,切割光栅,举例说,若未360脉冲的产品,则每圈输出360脉冲,则一个脉冲代表1°,还有绝对值型的旋转编码器,输出信号是固定对应角度的,输出二进制,BCD或格雷码等。
还有一种就是霍尔式的角度传感器,主要是通过磁场来检测角度变化。RB100系列角度传感器是一款运用 Tria?is? (三轴霍尔)技术的独立传感器芯片为核心设计的一款可编程的角度传感器。
传统的平面霍尔技术仅仅能感应垂直于芯片表面的磁场强度;而 Tria?is? 三轴霍尔既可以感应垂直方向也可以感应平行与芯片表面的磁场强度。这是通过在 CMOS 芯片表面沉积一层集磁材料 IMC?(以附加的后续工序)来实现的。
该芯片可以感应与芯片表面平行的磁场,配合上合适的磁路,感应出旋转范围在 0 到360 度的绝对角度位置。结合合适的信号处理,小型磁铁(径向磁化)的磁场在芯片表面上方旋转,其强度可以通过非接触式的方式测量(如图所示)。角度的信息可以通过磁场的两个矢量分量(例如 Bx 和 By)计算得到。

RB100系列角度传感器采用三轴霍尔技术,并且霍尔信号通过一个差分的全模拟处理链进行处理,使用了经典的漂移电压消除技术(霍尔元件四相位旋转和斩波放大器)。能够达到14Bit的分辨力(数字信号)。
并且由磁场间隙变化,温度变化以及老化等因素引起的磁场强度变化都将等同作用于两个信号上,因此得到的角度信号本身就有自适应补偿的特点。这一特性使得本芯片相对于传统的线性霍尔芯片,在温度变化下精确度得到很大的提高。
所以相对于传统的光栅角度传感器,RB100系列霍尔传感器也有优势

角度传感器:角度传感器

LW125D标准版CAN总线无触点角度传感器

精度0.3°,分辨率0.22°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口CAN总线
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级(可定制)
采样率1K HZ

HW225D高精度CAN总线无触点角度传感器

精度0.05°,分辨率0.015°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口CAN总线
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级(可定制)
采样率1K HZ

LW126C无触点角度传感器-数字型

精度0.3°,分辨率0.22°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口RS232、TTL、RS485、MODBUS可选
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级(可定制)
采样率1K HZ

LW128B无触点角度传感器-电流型

精度0.3°,分辨率0.22°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口4~20mA、0~20mA可选
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级
采样率1K HZ

LW120A无触点角度传感器-电压型

精度0.3°,分辨率0.22°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口0~5V、0~10V可选
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级
采样率1K HZ

HW226C高精度无触点角度传感器-数字型

精度0.05°,分辨率0.015°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口RS232、TTL、RS485、MODBUS可选
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级(可定制)
采样率1K HZ

HW228B高精度无触点角度传感器-电流型

精度0.1°,分辨率0.22°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口4~20mA、0~20mA可选
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级
采样率1K HZ

HW220A高精度无触点角度传感器-电压型

精度0.1°,分辨率0.22°
量程0~360°可选
宽电压输入DC 9~36V
输出接口0~5V、0~10V可选
高抗震性>g
宽温工作-40~85℃
IP66防护等级
采样率1K HZ

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角度传感器
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角度传感器,顾名思义,是用来检测角度的。它的身体中有一个孔,可以配合乐高的轴。当连结到RCX上时,轴每转过1/16圈,角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时,计数增加,转动方向改变时,计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时,它的计数值被设置为0,如果需要,你可以用编程把它重新复位。
中文名
角度传感器
外文名
angular transducer
用 途
检测角度
应用场合
地理、民用、工业等
应用举例
吊车,吊架,收割机等
目录
1
概述
2
举例
3
方位角度传感器
4
应用领域
5
应用场合
角度传感器概述
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语音
你可以很容易的测出位置和速度。当在机器人身上连接上轮子(或通过齿轮传动
角度传感器
来移动机器人)时,可以依据旋转的角度和轮子圆周数来推断机器人移动的距离。然后就可以把距离转换成速度,你也可以用它除以所用时间。实际上,计算距离的基本方程式为:
距离=速度×时间
由此可以得到:
速度=距离/时间
角度传感器举例
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语音
如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上,必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在你的机器人身上,马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说,角度传感器转三周,主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位,所以16*3=48个增量相当于主动轮旋转一周。我们需要知道齿轮的圆周来计算行进距离。幸运地是,每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子,直径是81.6CM(乐高使用的是公制单位),因此它的周长是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。已知量都有了:齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们总结一下。称R为角度传感器的分辨率(每旋转一周计数值),G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即:
I=G×R
在例子中,G为3,对于乐高角度传感器来说,R一直为16.因此,我们可以得到:
I=3×16=48
每旋转一次,齿轮所经过的距离正是它的周长C,应用这个方程式,利用其直径,你可以得出这个结论。
C=D×π
在我们的例子中:
C=81.6×3.14=256.22
最后一步是将传感器所记录的数据-S转换成轮子运动的距离-T,使用下面等式:
T=S×C/I
如果光电传感器读取的数值为296,你可以计算出相应的距离:
T=296×256.22/48=1580 距离(T)的单位与轮子直径单位是相同的.
无接触角度传感器
无触点角度传感器,又称无接触电位器,广泛应用于工业自动化设备、工程机械、纺织机械、造纸印刷机械、石化设备、国防工业等自动控制设备的水平和旋转角度的测量,也适用于拉丝机等作张力传感器。
角度传感器方位角度传感器
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语音
方位角又称地平经度,是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一。传感器测量方位角是从某点的指北方向线起,依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角,是一种两面角,即午圈所在的平面与通过天体所在的地平经圈平面的夹角,以午圈所在的平面为起始面,按顺时针方向度量。方位的度量亦可在地平圈上进行,以南点为起算点,由南点开始按顺时针方向计量。方位的大小变化范围为0°~360°,南点为0°,西点为90°,北点为180°,东点为270°。上述这种方位度量是在天文学中所用的方法。
  方位角传感器在跟随着军事技术的发展,有着高科技作战的性能。传感器测试系统的信息化是实现中国军队装备现代化建设主要途径,当务之急应该用高新技术提升老装备的性能。这既是提升现有武器装备的一个重要环节,又是最大限度地发挥现有装备整体作战效能的一个重要因素。我国现役的炮塔方位角系统中.老型号较多,大部分没有配备自动检测和录取设备。炮塔方位角系统的各种参数的计算、数据的处理和上报大多数由人工进行,难以胜任复杂环境下快速、准确采集。为适应现代化炮塔方位角系统的要求,必须具有一套自动采集和分析能力的完整测试系统。
角度传感器应用领域
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在程序不仅仅会用到乘法和除法的数学运算,还有更多的需要多留心(有关内容我们将在第12章进行进一步的讨论)。
使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单:如果马达
角度传感器构造
运转,而齿轮不转,说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单,而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑(或者说打滑次数太多),否则你将无法检测到障碍物。如果是一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题,这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它:在驱动轮旋转的过程中,如果惰轮停止了,说明你碰到障碍物了。
在许多情况下角度传感器是非常有用的:控制手臂,头部和其它可移动部位的位置。值的注意的是,当运行速度太慢或太快时,RCX在精确的检测和计数方面会受到影响。事实上,问题并不是出在RCX身上,而是它的操作系统,如果速度超出了其指定范围,RCX就会丢失一些数据。Steve Baker用实验证明过,转速在每分钟50到300转之间是一个比较合适的范围,在此之内不会有数据丢失的问题。然而,在低于12rpm或超过1400rpm的范围内,就会有部分数据出现丢失的问题。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范围内时,RCX也偶会出现数据丢失的问题。
[1]
角度传感器在军事上的应用
大家熟知的火炮是利用火药燃气压力等能源抛射弹丸,口径等于和大于20毫米的身管射击武器。火炮通常由炮身和炮架两大部分组成。早在1332年,中国的元朝就在部队中装备了最早的金属身管火炮:青铜火铳。火炮通常由炮身和炮架两大部分组成。火炮射击时对炮床倾角的要求很高,利用角度传感器设计的数字式象限仪,可明显提高校正炮床的速度,降低操作难度。
角度传感器是作为炮弹发射的准确性,稳定性提供最大的帮助。大家都知道火炮身管用来赋予弹丸初速和飞行方向,炮尾用来装填炮弹,炮闩用以关闭炮膛,击发炮弹。如今炮架由反后坐装置、方向机、高低机、瞄准装置、大架和运动体,角度传感器等组成,而反后坐装置用以保证火炮发射炮弹后的复位,方向机和高低机用来保证火炮发射炮弹后复位,方向机和高低机用来操纵炮身变换方向和高低,瞄准装置由角度传感器,瞄准具和瞄准镜组成,用以装定火炮射击数据,实施瞄准射击,大架和运动体用于射击时支撑火炮,行军时作为炮车。
角度传感器应用场合
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语音
系列倾角,角度传感器,距离传感器,加速度传感器,以及测量方位用的数字罗盘,电子罗盘和陀螺仪已经广泛的应用应用于石油,煤炭,钢铁,船舶,隧道,医疗设备,大坝,机械,物探仪器,地质,岩土,石油,矿山,管道,测斜导管,铁路、港口、水利、高层建筑,墙洞,矿井、隧道、船坞、抗滑桩和板桩,煤矿,动态冲击实验,地质,卫星GPS系统,风水,越野车,航海,实验仪器,数字水平仪,医疗,机械调平,角度测量和监视,汽车,起重机械运动检测,康复系统,生物工程系统,虚拟现实、现实放大,体育,惯性导航系统,人体姿态测量工业机械,摩托车陀螺仪,光纤,制导,平衡,导向,方向测量,动态跟踪,捷联,惯性,导航,方位角,角速度,速率,机械,爆转,测量等行业。
典型应用场合:
- 地理: 山体滑坡,雪崩.
- 民用: 大坝,建筑,桥梁,玩具,报警,运输
- 工业:吊车,吊架,收割机,起重机,称重系统的倾斜补偿,沥青机.铺路机等。
- 火车:高速列车转向架和客车车厢的倾斜测量
- 海事:纵倾和横滚控制,油轮控制,天线位置控制。
- 钻井:精确钻井倾斜控制。
- 机械:倾斜控制,大型机械对准控制,弯曲控制,起重机
- 军用:火炮和雷达调整,初始位置控制,导航系统,军用着陆平台控制。
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微软解释了Surface Duo设备角度传感器带来的独特铰链姿势
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角度传感器的工作原理?光电传感器的工作原理?
角度传感器的工作原理 :角度传感器用来检测角度的。它的身体中有一个孔,可以配合乐高的轴。当连结到rcx上时,轴每转过1/16圈,角度传感器就会计数一次。往一个 方向转动时,计数增加,转动方向改变时,计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时,它的计数值被...
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Crocus Technology发布行业领先的新款TMR角度传感器
据麦姆斯咨询报道,隧道磁阻(TMR)传感器领先供应商Crocus Technology,近日宣布推出了新款突破性TMR角度(2D)磁传感器CT300,这款器件在宽广的温度和电压范围内都具有极低的角度误差和极高的稳定性,可满足各种市场需求。CT300采用了Crocus...
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倾斜角度传感器,倾斜角度传感器作用
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2020-09-020
参考资料
1.

张爱华, 姚海燕. 角度传感器在全位置自动焊接系统中的应用[J]. 计算机测量与控制, 2009, 17(12):2426-2428.
角度传感器:什么是角度传感器 角度传感器原理分析  第2张

角度传感器:角度传感器原理和应用

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角度传感器原理和应用
文章来源: 发布时间:2019/04/28 点击数:
  角度传感器是指能感受被测角度并转换成可用输出信号的传感器。角度传感器,顾名思义,是用来检测角度的。它的身体中有一个孔,可以配合乐高的轴。当连结到RCX上时,轴每转过1/16圈,角度传感器就会计数一次。
  往一个方向转动时,计数增加,转动方向改变时,计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时,它的计数值被设置为0,如果需要,你可以用编程把它重新复位。
  通过计算旋转的角度可以很容易的测出位置和速度。当在机器人身上连接上轮子(或通过齿轮传动来移动机器人)时,可以依据旋转的角度和轮子圆周数来推断机器人移动的距离。然后就可以把距离转换成速度,你也可以用它除以所用时间。
  实际上,计算距离的基本方程式为:距离=速度×时间
  由此可以得到:速度=距离/时间
  磁敏角度传感器
  磁敏感角度传感器采用高性能集成磁敏感元件,利用磁信号感应非接触的特点,配合微处理器进行智能化信号处理制成的新一代角度传感器。
  优点:
  1、磁钢位置未对准自动补偿;
  2、故障检测功能;
  3、非接触位置检测功能,是满足苛刻环境应用需求的理想选择。
  应用领域:
  1、工业机械、工程机械建筑设备、石化设备、医疗设备、航空航天仪器仪表、国防工业等旋转速度和角度的测量.
  2、汽车电子脚踩油门角位移,方向盘位置,座椅位置,前大灯位置;
  3、自动化机器人,运动控制,旋转电机转动和控制.
  电容式角位移传感器
  电容式角位移传感器用于测量固定部件(定子)与转动部件(转子)之间的旋转角度,因其具有结构简单,测量精度高,灵敏度高,适合动态测量等特点,而被广泛应用于工业自动控制。
  一般来说,电容式角位移传感器由一组或若干组扇形固定极板和转动极板组成,为保证传感器的精度和灵敏度,同时避免因环境温度等因素的改变导致介电常数、极板形状等的间接变化,进而对传感器性能产生不利影响,对传感器的制作材料、加工工艺以及安装精度提出了较高要求,为了克服电容角位移传感器的局限性,国内外科学工作者进行了长期的大量研究工作,其主要思想方法是将传感器设计成差动结构。
  传感器系统原理框图如图所示:

  由敏感元件、测量电路、智能部件与接口部件构成,敏感元件的结构所示如图1,测量部件由选择单元、激励源和电荷检测单元组成;智能部件由I/O单元、A/D单元、滤波单元、角度计算单元等组成;接口部件由电流输出单元、RS232通讯单元等组成。
  敏感元件检测反映角度位置的电容值,是传感器的初始转换单元,测量单元采用了先进的抗杂散微小电容检测电路,将电容值转换为电信号,智能部件的主要功能是通过比例式算法计算出角位移量,最后由接口部件输出角度计算结果。
  倾角传感器
  倾角传感器经常用于系统的水平测量,从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器,倾角传感器还可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。

  倾角传感器基本原理
  理论基础就是牛顿第二定律,根据基本的物理原理,在一个系统内部,速度是无法测量的,但却可以测量其加速度。
  如果初速度已知,就可以通过积分计算出线速度,进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。
  当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用,那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。

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