位移角度傳感器原理及其在實際障礙中的應(yīng)用

　　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。

　　二、位移角度傳感器實例

　　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(dá)以3:1的傳動比與主輪連接。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(jìn)距離。幸運地是，每一個LEGO齒輪的輪胎上面都會標(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。

　　三、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(dá) 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(dá)上就可以避免這個問題，這個輪子不是由馬達(dá)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?jǐn)?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。

　　角度位移傳感器有靜態(tài)和動態(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。

　　四、直線位移傳感器的工作原理及故障處理辦法

　　直線位移傳感器的工作原理是跟滑動變阻器一樣的，它作為分壓器使用的，它是以相對的輸出電壓來呈現(xiàn)出所測量位置的實際上的位置。對這個裝置的工作有下面幾點要求：

　　一、如果電子尺已經(jīng)使用很長時間了，而且密封已經(jīng)老化，同時夾雜著很多雜質(zhì)，而且水混合物和油會嚴(yán)重影響電刷的接觸電阻的，這樣會使顯示的數(shù)字不停地跳動。這個時候可以說直線位移傳感器的電子尺已經(jīng)損壞了，需要更換。

　　二、若電源的容量很小，就會出現(xiàn)很多情況的，所以，供電電源需要有充分的容量。那么，容量不足，就會造成如下的情況：熔膠的運動會使合模電子尺的顯示變換，有波動，或者合模的運動會使射膠電子尺的顯示波動，造成測量結(jié)果誤差很大。如果電磁閥的驅(qū)動電源于電子尺供電電源同時在一起的時候，更容易出現(xiàn)以上的情況，情況嚴(yán)重時用萬用表的電壓檔甚至可以測量到電壓的有關(guān)波動。如果情況不是因為高頻干擾、靜電干擾或者是中性不夠好的造成的，那么就有可能是電源的功率太小造成的。

　　三、調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線位移傳感器的電子尺的顯示數(shù)字跳動的。電子尺的信號線與設(shè)備的強電線路要分開線槽。電子尺必須要強制性地使用接地支架，而且同時讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸。信號線需要使用屏蔽線，而且電箱的一段應(yīng)該跟屏蔽線接地的。如果有高頻干擾的時候，通常使用萬用表的電壓測量就會顯示正常，但是顯示數(shù)字就是會跳動不停的；而出現(xiàn)靜電干擾時，出現(xiàn)的情況也是跟高頻干擾一樣的。要證明看是否是靜電干擾時，可以先使用一段電源線把電子尺的封蓋螺絲跟機器上的某一些的金屬短接起來就可以了，只要一短接起來，靜電干擾就會馬上消除掉的。但是如果要消除掉高頻干擾就很難用上面的方法了，變頻節(jié)電器和機器手都經(jīng)常出現(xiàn)高頻干擾的，所以可以試一下用停止高頻節(jié)電器或者機械手的方法來驗證是不是高頻干擾的。

　　四、如果直線位移傳感器的電子尺在工作的過程當(dāng)中，在某一點的顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動，或者是沒有顯示數(shù)據(jù)的時候，出現(xiàn)這種情況就需要檢查連接線絕緣是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，并且跟機器的外殼很有規(guī)律地接觸而導(dǎo)致的對地短路。

　　五、供電的電壓一定要穩(wěn)定，工業(yè)的電壓需要符合±0.1［%］的穩(wěn)定性，例如，基準(zhǔn)電壓是10V的話，就可以允許有±0.01V的波動變化，如果不是的話，就會引起顯示的圈套波動這樣的情況。但是如果這個時候的顯示波動的幅度沒有超過波動電壓的波動的幅度的話，那么電子尺就是正常的了。

　　六、安裝直線位移傳感器的對中性需要很好，但是平行度可以允許有±0.5mm的誤差，角度可以允許有±12°的誤差。但是如果平行度誤差和角度誤差都是偏大的話，這樣會出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動的情況。那么出現(xiàn)這樣的情況的時候，必須要對平行度和角度進(jìn)行調(diào)整了。

　　七、在連接的過程當(dāng)中，一定要多加注意，電子尺的三條線是不可以接錯的，電源線和輸出線是不可以調(diào)換的。如果上面的線接錯的話，就會出現(xiàn)線性誤差很大的情況，要控制的話是很難的，控制的精度也會變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動的現(xiàn)象等等。