解析角度傳感器工作原理及應(yīng)用

角度位移傳感器是利用角度變化來定位物體位置的電子元件。適用于汽車，工程機械，宇宙裝置、導(dǎo)彈、飛機雷達天線的伺服系統(tǒng)以及注塑機，木工機械，印刷機，電子尺，機器人，工程監(jiān)測，電腦控制運動器械等需要精確測量位移的場合。本文介紹角度位移傳感器原理及其應(yīng)用實例。

角度位移傳感器原理

角度傳感器用來檢測角度的。它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。當(dāng)連結(jié)到RCX上時，軸每轉(zhuǎn)過1/16圈，角度傳感器就會計數(shù)一次。往一個方向轉(zhuǎn)動時，計數(shù)增加，轉(zhuǎn)動方向改變時，計數(shù)減少。計數(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，它的計數(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。

角度位移傳感器實例

如果把角度傳感器連接到馬達和輪子之間的任何一根傳動軸上，必須將正確的傳動比算入所讀的數(shù)據(jù)。舉一個有關(guān)計算的例子。在你的機器人身上，馬達以 3:1的傳動比與主輪連接。角度傳感器直接連接在馬達上。所以它與主動輪的傳動比也是3:1。也就是說，角度傳感器轉(zhuǎn)三周，主動輪轉(zhuǎn)一周。角度傳感器每旋轉(zhuǎn)一周計16個單位，所以16*3=48個增量相當(dāng)于主動輪旋轉(zhuǎn)一周?，F(xiàn)在，我們需要知道齒輪的圓周來計算行進距離。幸運地是，每一個LEGO齒輪的輪胎上面都會標有自身的直徑。我們選擇了體積最大的有軸的輪子，直徑是81.6CM(樂高使用的是公制單位)，因此它的周長是 81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM?，F(xiàn)在已知量都有了：齒輪的運行距離由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)一周計數(shù)值)，G是角度傳感器和齒輪之間的傳動比率。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，對于樂高角度傳感器來說，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)過的距離正是它的周長C，應(yīng)用這個方程式，利用其直徑，你可以得出這個結(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)換成輪子運動的距離-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.

角度位移傳感器實際上應(yīng)用

使用角度傳感器來控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡單：如果馬達 角度傳感器構(gòu)造運轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說明你的機器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來非常簡單，而且非常有效;唯一要求就是運動的輪子不能在地板上打滑 (或者說打滑次數(shù)太多)，否則你將無法檢測到障礙物。如果是一個空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達上就可以避免這個問題，這個輪子不是由馬達驅(qū)動而是通過裝置的運動帶動它:在驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)的過程中，如果惰輪停止了，說明你碰到障礙物了。

在許多情況下角度傳感器是非常有用的：控制手臂，頭部和其它可移動部位的位置。值的注意的是，當(dāng)運行速度太慢或太快時，RCX在精確的檢測和計數(shù)方面會受到影響。事實上，問題并不是出在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就會丟失一些數(shù)據(jù)。Steve Baker用實驗證明過，轉(zhuǎn)速在每分鐘50到300轉(zhuǎn)之間是一個比較合適的范圍，在此之內(nèi)不會有數(shù)據(jù)丟失的問題。然而，在低于12rpm或超過 1400rm的范圍內(nèi)，就會有部分數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內(nèi)時，RCX也偶會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題。