位移角度傳感器原理及其在實(shí)際障礙中的應用

　　角度傳感器用來(lái)檢測角度的。它的身體中有一個(gè)孔，可以配合樂(lè )高的軸。當連結到RCX上時(shí)，軸每轉過(guò)1/16圈，角度傳感器就會(huì )計數一次。往一個(gè)方向轉動(dòng)時(shí)，計數增加，轉動(dòng)方向改變時(shí)，計數減少。計數與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當初始化角度傳感器時(shí)，它的計數值被設置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復位。

　　二、位移角度傳感器實(shí)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(dòng)軸上，必須將正確的傳動(dòng)比算入所讀的數據。舉一個(gè)有關(guān)計算的例子。在你的機器人身上，馬達以3:1的傳動(dòng)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(dòng)輪的傳動(dòng)比也是3:1。也就是說(shuō)，角度傳感器轉三周，主動(dòng)輪轉一周。角度傳感器每旋轉一周計16個(gè)單位，所以16*3=48個(gè)增量相當于主動(dòng)輪旋轉一周?，F在，我們需要知道齒輪的圓周來(lái)計算行進(jìn)距離。幸運地是，每一個(gè)LEGO齒輪的輪胎上面都會(huì )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(lè )高使用的是公制單位），因此它的周長(cháng)是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM?，F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。我們總結一下。稱(chēng)R為角度傳感器的分辨率（每旋轉一周計數值），G是角度傳感器和齒輪之間的傳動(dòng)比率。我們定義I為輪子旋轉一周角度傳感器的增量。即：

　　I=G×R

　　在例子中，G為3，對于樂(lè )高角度傳感器來(lái)說(shuō)，R一直為16.因此，我們可以得到：

　　I=3×16=48

　　每旋轉一次，齒輪所經(jīng)過(guò)的距離正是它的周長(cháng)C，應用這個(gè)方程式，利用其直徑，你可以得出這個(gè)結論。

　　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據-S轉換成輪子運動(dòng)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值為296，你可以計算出相應的距離：

　　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(shí)際上應用

　　使用角度傳感器來(lái)控制你的輪子可以間接的發(fā)現障礙物。原理非常簡(jiǎn)單：如果馬達 角度傳感器構造運轉，而齒輪不轉，說(shuō)明你的機器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，而且非常有效;唯一要求就是運動(dòng)的輪子不能在地板上打滑（或者說(shuō)打滑次數太多），否則你將無(wú)法檢測到障礙物。如果是一個(gè)空轉的齒輪連接到馬達上就可以避免這個(gè)問(wèn)題，這個(gè)輪子不是由馬達驅動(dòng)而是通過(guò)裝置的運動(dòng)帶動(dòng)它：在驅動(dòng)輪旋轉的過(guò)程中，如果惰輪停止了，說(shuō)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(dòng)部位的位置。值的注意的是，當運行速度太慢或太快時(shí)，RCX在精確的檢測和計數方面會(huì )受到影響。事實(shí)上，問(wèn)題并不是出在RCX身上，而是它的操作系統，如果速度超出了其指定范圍，RCX就會(huì )丟失一些數據。Steve Baker用實(shí)驗證明過(guò)，轉速在每分鐘50到300轉之間是一個(gè)比較合適的范圍，在此之內不會(huì )有數據丟失的問(wèn)題。然而，在低于12rpm或超過(guò)1400rm的范圍內，就會(huì )有部分數據出現丟失的問(wèn)題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內時(shí)，RCX也偶會(huì )出現數據丟失的問(wèn)題。

　　角度位移傳感器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分，現在很多精密儀器都需要角度位移傳感器。隨著(zhù)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(xiàn)位移傳感器的工作原理及故障處理辦法

　　直線(xiàn)位移傳感器的工作原理是跟滑動(dòng)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(lái)呈現出所測量位置的實(shí)際上的位置。對這個(gè)裝置的工作有下面幾點(diǎn)要求：

　　一、如果電子尺已經(jīng)使用很長(cháng)時(shí)間了，而且密封已經(jīng)老化，同時(shí)夾雜著(zhù)很多雜質(zhì)，而且水混合物和油會(huì )嚴重影響電刷的接觸電阻的，這樣會(huì )使顯示的數字不停地跳動(dòng)。這個(gè)時(shí)候可以說(shuō)直線(xiàn)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(huì )出現很多情況的，所以，供電電源需要有充分的容量。那么，容量不足，就會(huì )造成如下的情況：熔膠的運動(dòng)會(huì )使合模電子尺的顯示變換，有波動(dòng)，或者合模的運動(dòng)會(huì )使射膠電子尺的顯示波動(dòng)，造成測量結果誤差很大。如果電磁閥的驅動(dòng)電源于電子尺供電電源同時(shí)在一起的時(shí)候，更容易出現以上的情況，情況嚴重時(shí)用萬(wàn)用表的電壓檔甚至可以測量到電壓的有關(guān)波動(dòng)。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、調頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線(xiàn)位移傳感器的電子尺的顯示數字跳動(dòng)的。電子尺的信號線(xiàn)與設備的強電線(xiàn)路要分開(kāi)線(xiàn)槽。電子尺必須要強制性地使用接地支架，而且同時(shí)讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸。信號線(xiàn)需要使用屏蔽線(xiàn)，而且電箱的一段應該跟屏蔽線(xiàn)接地的。如果有高頻干擾的時(shí)候，通常使用萬(wàn)用表的電壓測量就會(huì )顯示正常，但是顯示數字就是會(huì )跳動(dòng)不停的；而出現靜電干擾時(shí)，出現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(shí)，可以先使用一段電源線(xiàn)把電子尺的封蓋螺絲跟機器上的某一些的金屬短接起來(lái)就可以了，只要一短接起來(lái)，靜電干擾就會(huì )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，變頻節電器和機器手都經(jīng)常出現高頻干擾的，所以可以試一下用停止高頻節電器或者機械手的方法來(lái)驗證是不是高頻干擾的。

　　四、如果直線(xiàn)位移傳感器的電子尺在工作的過(guò)程當中，在某一點(diǎn)的顯示數據有規律地跳動(dòng)，或者是沒(méi)有顯示數據的時(shí)候，出現這種情況就需要檢查連接線(xiàn)絕緣是不是出現破損的現象，并且跟機器的外殼很有規律地接觸而導致的對地短路。

　　五、供電的電壓一定要穩定，工業(yè)的電壓需要符合±0.1［%］的穩定性，例如，基準電壓是10V的話(huà)，就可以允許有±0.01V的波動(dòng)變化，如果不是的話(huà)，就會(huì )引起顯示的圈套波動(dòng)這樣的情況。但是如果這個(gè)時(shí)候的顯示波動(dòng)的幅度沒(méi)有超過(guò)波動(dòng)電壓的波動(dòng)的幅度的話(huà)，那么電子尺就是正常的了。

　　六、安裝直線(xiàn)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(huà)，這樣會(huì )出現顯示數字跳動(dòng)的情況。那么出現這樣的情況的時(shí)候，必須要對平行度和角度進(jìn)行調整了。

　　七、在連接的過(guò)程當中，一定要多加注意，電子尺的三條線(xiàn)是不可以接錯的，電源線(xiàn)和輸出線(xiàn)是不可以調換的。如果上面的線(xiàn)接錯的話(huà)，就會(huì )出現線(xiàn)性誤差很大的情況，要控制的話(huà)是很難的，控制的精度也會(huì )變得很差，而顯示很容易出現跳動(dòng)的現象等等。