位置传感器原理及应用

屈育成 2019-09-30 23011

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描述

　　位置传感器原理

　　位置传感器用来测量机器人自身位置的传感器。位置传感器可分为两种，直线位移传感器和角位移传感器。

　　位置传感器（positionsensor），能感受被测物的位置并转换成可用输出信号的传感器。它能感受被测物的位置并转换成可用输出信号的传感器。国内主要厂商有OTRON品牌。

　　位置传感器分类

　　位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同，位置传感器有接触式和接近式两种。

　　接触式传感器

　　接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作，常见的有行程开关、二维矩阵式位置传感器等。行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z轴方向两端分别装有行程开关，则可以控制移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于检测自身与某个物体的接触位置。

　　接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以发出“动作”信号的开关，它无需和物体直接接触。接近开关有很多种类，主要有电磁式、光电式、差动变压器式、电涡流式、电容式、干簧管、霍尔式等。接近开关在数控机床上的应用主要是刀架选刀控制、工作台行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

　　霍尔传感器

　　霍尔传感器是利用霍尔现象制成的传感器。将锗等半导体置于磁场中，在一个方向通以电流时，则在垂直的方向上会出现电位差，这就是霍尔现象。将小磁体固定在运动部件上，当部件靠近霍尔元件时，便产生霍尔现象，从而判断物体是否到位。

　　位置传感器在直流电机上的应用

　　传统的无刷直流电机大多以霍尔元件或其它地位检测元件作位置传感器，但位置传感器维修困难，且霍尔元件的温度特性不好，招致零碎牢靠性变差。因而，位置传感器无刷直流电机成爲理想选择，并具有宽广的开展前景，但它的控制电路相当复杂。

　　位置传感器无刷直流电动机的控制与有位置传感器无刷直流电机控制的最基本区别就是应用反电势的波形寻觅最佳换向点。当永磁无刷直流电动机运转时，各相绕组的反电动势（EMF）与转子地位亲密相关。由于各相绕组是交替导通任务的，在某相不导通的时辰，其反电动势波形的某些特殊点，可替代转子位置传感器的功用，失掉所需求的信息。

　　外部的调速零碎是典型的直流电机PWM双闭环调速零碎，在零碎中设置两个调理器，辨别调理转速和电流，二者之间实行串级联接，即以转速调理器的输入作爲电流位置传感器调理器，再用电流调理器的输入控制开关器件。这样组成的双闭环零碎，在突加给定的过渡进程中表现爲一个恒值电流调理零碎，在稳态和接近稳态运转中又表现爲无静差调速零碎，即发扬了转速和电流两个位置传感器调理器各自的作用，又防止了像单环零碎那样两种反应相互牵制的缺陷，从而取得良好的静、静态质量。

　　内部功率元件MOSFET的源极电流流过R失掉与位置传感器无刷直流电机控制的简易办法电动机绕组电流成反比例的电压，经环路滤波器（该滤波器能滤除触发单稳电路的噪声尖峰电流，普通选样在工夫常数300ns以内）到电流比拟器的正端引脚），比拟器的负端有钳位电压爲0.5V的二极管，因而可以限制电机定子电路的最大峰值电流当电流检测电路的电压高于比拟器负端电压时，单稳态电路被触发，关断输入MOSFET，电流下降，直至单稳电流被复位。

　　采用位置传感器控制器芯片，简化了无刷直流电动机的控制，它不只具有良好的限流和维护功用，而且用ML4428构成的双闭环调速零碎的功能也将失掉改善，采用该位置传感器控制器芯片，处理了应用反电势检测完成换向及低速时开环起动这一难题，实验证明，该控制零碎构造复杂，功用完全，进步了零碎的牢靠性。该办法对直流无刷电动机的普遍使用具有重要的实践意义。

　　换向是由反电势信号采样检出经位置传感器锁相环控制而完成的，在电机运动及低速运转时，其反电势爲零或极低，无法检测，因而必需由其它办法开环起动，到发生足够大的反电势方能进入正常换向。

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