如何選擇合適的位置傳感器
位置傳感器廣泛用于自動(dòng)化和測(cè)量應(yīng)用中。選擇合適的位置傳感器的關(guān)鍵步驟是了解傳感器尺寸,分辨率,可重復(fù)性,精度,安裝約束和環(huán)境堅(jiān)固性的要求。
位置傳感器關(guān)鍵術(shù)語
增量式傳感器
僅提供位置更改信息,以便在啟動(dòng)時(shí)實(shí)際位置未知。每轉(zhuǎn)一次索引/標(biāo)記信號(hào)定義設(shè)備的零位或零位。在歸航程序中檢測(cè)到。對(duì)于無刷電機(jī)的換相,電機(jī)通常有三個(gè)磁性霍爾傳感器,為磁場(chǎng)的初步對(duì)準(zhǔn)提供粗略的絕對(duì)位置信息。增量傳感器通常體積小、精度高、性價(jià)比高。
絕對(duì)傳感器
提供一轉(zhuǎn)內(nèi)或線性行程范圍內(nèi)的實(shí)際物理位置。電機(jī)不需要霍爾,只有在運(yùn)動(dòng)范圍超過一轉(zhuǎn)的情況下,才需要對(duì)旋轉(zhuǎn)應(yīng)用進(jìn)行歸位。傳感器通常比增量設(shè)備更大,更昂貴。
多轉(zhuǎn)
旋轉(zhuǎn)設(shè)備,傳感器可提供多轉(zhuǎn)的實(shí)際位置。可以完全消除歸航。多回轉(zhuǎn)設(shè)備具有內(nèi)部齒輪裝置,是最龐大,最昂貴的解決方案。
分辨率
定義可以移動(dòng)或測(cè)量的最小位置增量,通常以“計(jì)數(shù)”表示。高性能伺服系統(tǒng)需要高分辨率。定位系統(tǒng)在兩個(gè)計(jì)數(shù)之間“抖動(dòng)”,因此分辨率越高,抖動(dòng)越小。分辨率對(duì)低速時(shí)的速度波動(dòng)也有重大影響。由于速度是從位置反饋中得出的,因此,如果分辨率較低,則樣本中的數(shù)據(jù)可能不足以準(zhǔn)確得出速度。在高速下,高分辨率設(shè)備可以生成超出控制器或伺服驅(qū)動(dòng)器跟蹤能力的數(shù)據(jù)速率。
插值
可以看出,許多傳感器都會(huì)產(chǎn)生正弦和余弦信號(hào)。這些信號(hào)的周期由設(shè)備固有的“螺距”定義。利用sin / cos信息,理論上可以通過計(jì)算信號(hào)比率來獲得無限分辨率。此技術(shù)稱為插值。實(shí)際上,sin / cos信號(hào)的保真度和信噪比限制了可實(shí)現(xiàn)的分辨率。
準(zhǔn)確性
定義每個(gè)測(cè)量位置與實(shí)際物理位置的距離。精度在很大程度上是系統(tǒng)問題,并且可能會(huì)受到偏心率,直線度和平面度等機(jī)械誤差的影響。傳感器誤差包括基音(線性)的非累積隨機(jī)變化,基音誤差(斜率)的累積以及內(nèi)部sin / cos信號(hào)保真度的變化。精密機(jī)器制造商通常通過偏移量查找表來校準(zhǔn)誤差。
重復(fù)性
定義當(dāng)系統(tǒng)多次返回相同的物理位置時(shí)的測(cè)量位置范圍??芍貜?fù)性比絕對(duì)精度更重要。為了有效地校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差,使每個(gè)位置讀數(shù)保持一致很重要。傳感器遲滯(不同的讀數(shù)取決于測(cè)量位置的接近方向)是可重復(fù)性的重要因素。
模塊化
旋轉(zhuǎn)反饋裝置的最常見形式被封裝在帶有內(nèi)部軸承的外殼和通過柔性聯(lián)軸器連接到電機(jī)的軸上。外殼有一系列的密封等級(jí),體積龐大模塊化裝置沒有外殼或軸承,必須內(nèi)置在機(jī)械系統(tǒng)中。它們明顯更緊湊,但可能需要一個(gè)更友好的環(huán)境,這取決于技術(shù)。
開/關(guān)軸
對(duì)于旋轉(zhuǎn)應(yīng)用,傳感器典型地位于圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的秤的圓周上的離軸。當(dāng)徑向空間受到約束時(shí),一些實(shí)現(xiàn)將傳感器定位在軸最小化的尺寸上。
電位器
盡管非接觸式傳感器有發(fā)展趨勢(shì),但電位計(jì)(“電位器”)仍廣泛用于低端應(yīng)用中。電位計(jì)測(cè)量觸點(diǎn)沿電阻軌道滑動(dòng)時(shí)的電壓降。它們有旋轉(zhuǎn),線性或曲線形式,通常緊湊而輕便。一個(gè)簡單的設(shè)備將花費(fèi)幾分錢,而更高精度的設(shè)備則可能花費(fèi)200美元以上。通過激光修整電阻軌跡,可以使線性度小于0.01%。
電位器最適合在良性環(huán)境中具有低占空比的低性能應(yīng)用中使用。它們易受磨損和灰塵或沙粒等異物的影響。電位計(jì)理論上具有無限分辨率,但實(shí)際上分辨率僅限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)接口和整個(gè)噪聲環(huán)境。
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