用于多电机同步控制的角位移传感器设计
角位移自动控制系统设计报告
角位移自动控制系统设计报告一：项目背景角度控制技术无论是在工业生产，还是日常生活中都起着非常重要的作用。
在传感技术、交通、电力和航天等行业，在战争时期，对敌人的飞机的准确入射，都要求很高的角度控制，在当今社会，角位置控制系统，在日常生活，和国家军事活动中都起到非常重要的作用。
在本项目中，我利用本学期自动控制这门课中学到的理论知识，通过硬件电路，实现角位移的自动反馈，是输出的角位移跟随我输入的角位移的变化而变化，并且可以实现实时跟随。
二：实验目的1、掌握用TL084运放搭建各种电路；2、掌握负反馈的相关理论和应用；3、掌握用功放电路驱动马达的电路；4、掌握设计、实现电路的相关技巧；三：系统框图图（1）四：项目方案1、输入角度设定图（2）如图（2）所示，通过旋转滑动变阻器来达到任意角度的设定。
此电位器可以旋转一周，通过旋转的角度的不同，对应的电压不同，输出相应不同的电压，再通过TL084运放搭建的电压跟随器后，使输出的电压更加稳定。
由于TL084运放的工作电压输入±9V,但是当输入端电压高于8V时运放就工作于非线性区，所以R2和R5都选用100K电阻使运放输入端最大输入3V电压，从而远离运放的非线性区使运放稳定的工作于线性区。
2、差分放大电路图（3）如图（3）所示，用运放TL084搭建的差分放大电路输入端分别输入设定角度电位器所产生的电压和马达电位器所产生的电压，由于R3=R4=R10=R11,所以此电路输出的电压为Vout=V1-V2。
3、偏置电压补偿电路图（4）如图（3），根据测量，马达电位器当电压达到1V时其处于转与不转的临界状态，并且其由正传和反转，所以就有±1V的由马达电位器产生的偏置电压，故采用乙类双电源互补对称功率放大电路。
U1d是一个比较器，实现差分电路输出的电压与0V电压相比较，若不相等，则说明马达电位器转动的角度与设定的角度不一致，则比较器输出端大概输出7V左右的电压，经过功放，使9013三级管导通，此时由于三极管PN节会产生0.6V的偏置电压。
角位移传感器的工作原理
角位移传感器的工作原理角位移传感器是一种用于测量物体角度或角位移的设备，它在工业控制、机械运动控制、航空航天、汽车工程等领域都有广泛的应用。
本文将介绍角位移传感器的工作原理。
一、角位移传感器的分类角位移传感器可以根据其工作原理和测量方式进行分类，常见的有电阻式角位移传感器、电容式角位移传感器、光学式角位移传感器、磁力式角位移传感器等。
电阻式角位移传感器是利用电阻器的差值来测量角度变化的，通过测量电阻值的变化得到角位移的信息。
电容式角位移传感器则是基于电容器的变化来测量角位移，其测量原理是通过测量电容值的变化来计算角度变化。
光学式角位移传感器则是利用光电二极管或光敏电阻器来测量角度变化，通过光的折射角度来计算角位移值。
磁力式角位移传感器则是利用磁场的变化来测量角度变化，通过测量磁场强度的变化来计算角位移。
二、电阻式角位移传感器的工作原理电阻式角位移传感器是最常见的一种角位移传感器，它的工作原理基于电阻值的变化。
一般情况下，电阻式角位移传感器由一个固定电阻和一个可变电阻组成。
可变电阻与测量对象的角度相关联，当测量对象发生角度变化时，可变电阻的电阻值也会相应变化。
为了测量电阻值的变化，通常会利用一个电路将可变电阻与一个外部电阻串联。
根据电路中的欧姆定律，电路中的电流与电阻值成反比，通过测量电路中的电流变化即可得到角位移的信息。
三、电容式角位移传感器的工作原理电容式角位移传感器利用电容变化来测量角度变化。
它由两个相互平行的电极组成，当测量对象发生角度变化时，电极间的电容值也会相应变化。
电容值的测量可以通过测量电路中的电压变化来实现。
一般情况下，电容式角位移传感器会与一个外部电路相连，通过测量电路中的电压变化来计算角度变化。
四、光学式角位移传感器的工作原理光学式角位移传感器利用光的折射原理来测量角度变化。
它通常由一个发光器和一个接收器组成，发光器会发射一束光线，接收器会接收到反射光线。
当测量对象发生角度变化时，反射光线的入射角度和折射角度也会发生变化。
位移传感器电路设计及位移误差校准方法研究
位移传感器电路设计及位移误差校准方法研究位移传感器是一种常用的测量装置，广泛应用于工业自动化、航空航天、机器人等领域。
它能够将物体的位移转换为电信号输出，通过对输出信号的处理和校准，可以实现对位移的高精度测量。
本文将重点探讨位移传感器电路设计及位移误差校准方法的研究。
一、位移传感器电路设计1. 传感器选择位移传感器的选择取决于具体应用的要求和性能指标。
常见的位移传感器包括电感式传感器、电容式传感器和压阻式传感器等。
根据被测物体的特性和测量范围，选用合适的位移传感器。
2. 信号调理电路设计位移传感器的输出信号往往是微弱的模拟信号，为了提高测量精度和信噪比，需要进行信号调理。
常用的信号调理电路包括放大电路、滤波电路、稳压电路等。
放大电路可以增大传感器输出信号的幅度，滤波电路用于滤除噪声干扰，稳压电路可以提供稳定的工作电压。
3. AD转换电路设计为了将模拟信号转换为数字信号进行处理，需要使用AD转换器。
选择合适的AD转换器并进行电路设计，保证转换精度和采样频率符合测量要求。
同时，在电路设计中要注意抑制干扰和提高抗干扰能力，以确保转换结果的准确性。
4. 电源与供电电路设计位移传感器的工作需要稳定的电源供应，因此需要设计合适的电源与供电电路。
这包括电池、稳压电源、滤波电路等，确保传感器能够长时间稳定可靠地工作。
二、位移误差校准方法研究1. 线性校准方法位移传感器的输出应与被测物体的位移成线性关系，但实际中存在一定的线性误差。
线性校准方法通过对传感器的输出信号进行多点标定和线性回归，确定校准曲线以消除线性误差。
2. 温度校准方法温度是影响位移传感器测量精度的重要因素。
温度变化会导致传感器的零点漂移和灵敏度变化，影响测量结果的准确性。
温度校准方法主要包括散热和温度补偿技术。
散热是通过散热片、散热风扇等降低传感器温度，减少温度变化对测量的影响；温度补偿技术是通过建立温度与输出信号之间的关系，对测量数据进行修正。
角位移传感器的原理及应用
角位移传感器的原理及应用角位移传感器是一种用于测量物体角位移的传感器，其原理主要基于角度变化引起的信号变化。
本文将介绍角位移传感器的工作原理以及其在各个领域的应用。
一、原理角位移传感器通过测量物体的角位移来获取相关数据。
其原理一般基于以下两种方法：1. 电感式原理：该种传感器利用线圈中的感应电流来感测物体的角位移。
当物体发生角位移时，传感器内线圈的磁通产生变化，从而引起感应电流的改变。
通过测量感应电流的变化，可以间接获取物体的角位移信息。
2. 光电式原理：该种传感器利用光电器件来感测物体的角位移。
一般采用光电编码器的形式，通过编码盘上的光栅刻线和光电传感器的相互作用，将角位移转化为光信号的变化。
再通过对光信号的解码与计数，即可获得物体的角位移数据。
二、应用角位移传感器在工业领域有着广泛的应用。
下面介绍几个常见的应用场景：1. 机械制造：角位移传感器常用于机械制造中的位置测量和控制。
比如在机床中，通过安装角位移传感器可以准确测量和控制机械部件的角度变化，从而实现精确加工。
2. 机器人技术：在机器人技术中，角位移传感器可以实时监测机器人关节的角度变化，从而控制机器人的运动轨迹和姿态。
3. 航天航空：在航天航空领域，角位移传感器被广泛应用于飞行控制和导航系统，用于检测飞行器各部件的角度变化，确保飞行安全。
4. 建筑工程：角位移传感器可以用于测量和监测建筑物的结构位移。
通过安装在建筑物的各个部位，可以及时发现和解决结构变形等问题，保证建筑物的安全性。
5. 汽车行业：角位移传感器在汽车行业中常用于车辆悬挂系统和转向系统的控制。
通过实时监测车轮的角位移，可以保证车辆在行驶过程中的稳定性和操控性。
总结：角位移传感器通过测量物体的角位移来获取相关数据，其原理主要分为电感式和光电式两种。
在工业领域，角位移传感器有着广泛的应用，包括机械制造、机器人技术、航天航空、建筑工程和汽车行业等。
通过精确测量和控制物体的角度变化，角位移传感器在提高生产效率、保证安全性和改善产品质量方面发挥了重要作用。
角位移自动控制系统设计项目建议书
角位移自动控制系统设计项目建议书一、项目概况本项目旨在根据闭环负反馈系统的相关理论，首先利用多圈电位器旋转一个特定的角度，通过用TL084做成跟随器将多圈电位器产生的电压和马达电位器产生的电压跟随到差分放大电路的两个输入端进行作差，为零说明马达转过的角度与电位器设定的角度相同。
若不为零，则将相差的电压与三极管的导通电压所造成的整体偏置电压送入加法器后，加法器的输出电压反馈到马达驱动电位器，使马达电位器再输出与偏置电压相同的电压，使差分放大器输出电压输出为零，如果还不为零则再次重复上述步骤，直至为零。
从而实现了角位移自动控制的设计。
另外，电动机用乙类双电源互补对称功率放大电路进行驱动（注意：由于三极管的PN节的导通会产生0.6V的偏置电压）。
二、可行性分析设备上，TL084芯片以及马达电位器、多圈电位器、三极管9013等均可在网上买到；技术上，用TL084搭建跟随器、差分放大、加法器等电路以及用三极管搭建功放电路都在模电上学过，自己也有相关的电路设计经验；电路焊接方面也有过一些经验；时间上，每周均有3~5个下午的空余时间可供支配。
总体而言，项目可行性较高。
三、成本分析结论：成本尚在可以承受范围之内。
四、项目周期安排计划使用5月30日至6月26日总计二十八天时间完成。
其中，5月30日至6月5日（小计七天）为准备期，主要任务是采购项目所需材料以及查询项目的相关资料，补充相关知识等；6月6日至6月14日（小计九天）为实施期，主要任务是焊接相关电路，调试部分模块、程序代码，最后初步制作出目标成品；6月15日至6月26日（小计十二天）为调试期，主要任务是根据实际情况，对电路进行修正，对部分参数进行调整，以改善系统性能。
五、总评估通过成本分析，该项目成本压力较小，经济上可行；根据可行性分析发现，完成该项目所需要的资源尚为齐全，技术上可行；项目还可加强自身的动手操作能力，在实际操作中加深对理论的认识，具有非常高的锻炼价值。
用于多电机同步控制的角位移传感器设计
浮 动 辊
图 ３ 角 位 移 传 感 器 安 装 示 意 图
２２ 角位移传感器 电路设计要求 ．
工 作 类 型 ：该 角 位 移 传 感 器 可 根 据 同 步控 制 的 要 求 ，设 定 为 标 准型 和 同 步 型两 种 工 作 类 型 。 标 准 型 角 位 移 传 感 器 无 同 步 控 制 功 能 ， 工 作 时 变 频 器 需 外 接 同 步 器 ； 同 步型 角位 移 传 感器 有专 门 的 同步信 号输 入端 ，可独立 实 现 同步控 制 。 测 量 范 围 及 输 出 电 压 ： 根 据 实 际 应 用 的 需
向变 大 ，当 浮 动 辊 下 降 到 超 出最 低 值 的 范 围 时 ，
角位 移 传感 器输 出下 限位 信 号 。
固定 辊 固 定 辊
要求 非 常高 的缺 点 。采用 交 流变 频调 速 取 代直 流 调 速 ， 技 术 水 平 有 了很 大 的 提 高 ，新 型 非 接 触 式
值 公 差 ± １ ％、 独 立 线 性 精 度 ±０５ ５ ．％。 电位 器 理 论 电气 转 角 ： ３ ５ ±２ ；分 辨 率 ：无 限 ；功 率 ： ４。 。 ２ （０ ；电 阻 温 度 系数 （ｐ ￣ ：＜ ０ ；工 Ｗ ７ ℃） ｐ ｍ／ Ｃ） ±４ ０ 作 温 度范 围 ：一５Ｃ一 ２ 。 ５ 。 １ ５Ｃ；机 械 转 角 ：３ ０ （ ６ 。 连 续） 。电位 器 固 定 于 传感 器 外 壳 ， 电位 器 线 圈 随传
同步 型 传 感器 的上 下 限 位 开 关 串 联 输 出 ，作 为一个开关使用 。正常时 ，开关 闭合 ；越位状态
角位移传感器(详细介绍)
角位移传感器角位移传感器的概念角位移传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量,它采用非接触式专利设计，与同步分析器和电位计等其它传统的角位移测量仪相比，有效地提高了长期可靠性。
下图所示为是角位移传感器的一种型号：角位移传感器的原理有以下三种情况：(1)将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角位移传感器,(2)将角度变化量的测量变为电容变化的测量的面积变化型电容角位移传感器,(3)将角度变化量的测量变为感应电动势变化量的测量的磁阻式角位移传感器等等.它的设计独特，在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损的活动部件的前提下仍可保证测量精度。
如下图所示：角位移传感器简化原理图角位移传感器特点：该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器(LVDT)的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围绕出厂预置的零位移动±60(总共120)度。
此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。
转子的非接触式电磁耦合使产品具有无限的分辨率，即绝对测量精度可达到零点几度。
角位移传感器的应用从力学分类来看，有一种在静态下工作的角位移传感器，例如吊车和塔吊的吊臂上就用重锤方式角位移传感器，只能用于没有加速度运动的环境，通俗的理解就是不能在运动剧烈的环境上应用，只能用在静态的场合，是地球重力场直接作用下的倾斜仪器，类似的有气泡水准仪器，例如在经纬仪，全站仪，装修行业上使用，水平联通管也是类似的原理。
角位移传感器标准的测量方法是在旋转编码器上加重锤，重锤是产生重力作用的元件，在车辆运动环境下，就要用空气阻尼、油池阻尼、电磁阻尼来抑制重锤的晃动以至振荡，就必然使角位移传感器的灵敏度下降，响应速度下降。
角位移传感器也有非绝对编码，是增量输出的，如果没有起始脉冲专门信道，就要用自己外加初始定位传感器，一般是用红外的标准产品，缺点是精度低。
使用地磁角位移传感器基本上不受环境振动影响，又受电磁干扰影响，比赛车辆自身的电动机就要磁屏蔽。
位移传感器电路设计及误差分析方法
位移传感器电路设计及误差分析方法位移传感器是一种用于测量物体位置变化的设备，具有广泛的应用领域，例如工业自动化、航空航天、汽车工程等。
位移传感器的电路设计及误差分析方法对于确保测量准确性和稳定性非常重要。
本文将介绍位移传感器的电路设计原则和误差分析方法。
首先，位移传感器电路设计需要考虑的因素包括信号传输、放大和滤波等。
信号传输通常使用差分模式来抑制噪声干扰，可以有效提高信号质量。
放大电路可以根据传感器的输出范围和信号幅度来选择合适的放大倍数，以确保信号能够被准确读取。
滤波电路用于去除高频噪声和谐波，增强信号的稳定性和可靠性。
其次，位移传感器的误差分析方法主要包括器件误差、电路误差和环境误差三个方面。
器件误差包括灵敏度误差、线性度误差和温度漂移误差等。
灵敏度误差是指传感器的输出与实际输入之间的比例误差，通常通过校准来进行补偿。
线性度误差是指传感器输出与实际输入之间的非线性误差，可以通过适当调整放大电路来减小。
温度漂移误差是因为温度变化引起的传感器输出变化，可以通过使用温度补偿电路来解决。
电路误差包括放大电路的失调误差和偏置电流误差等。
失调误差是指放大电路输入和输出之间的差异，可以通过校准和选择高精度的运算放大器来减小。
偏置电流误差是指放大电路的偏置电流引起的输出误差，可以通过使用低偏置电流的运算放大器来降低。
改善放大电路的共模抑制比也可以减小电路误差。
环境误差主要包括温度、湿度和震动等因素引起的测量误差。
温度变化会影响传感器的灵敏度和零位漂移，因此需要使用温度传感器进行温度补偿。
湿度和震动也会引起传感器输出的波动，可以通过加装保护罩和减震措施来降低环境误差。
另外，位移传感器的分辨率和采样率也是影响测量精度的重要因素。
分辨率是指传感器最小可以区分的位移差，可以通过提高传感器的灵敏度和信噪比来提高分辨率。
采样率是指对位移传感器输出进行采样的频率，通常采样率越高，测量精度越高。
总之，位移传感器电路设计及误差分析方法对于保证测量精度和稳定性至关重要。
角位移自动控制系统建议书
角位移自动控制系统建议书专业：信息工程学号：1028401106 姓名：鞠青云一、项目要求在该系统的前端有一个角度旋钮，标明了旋转的角度，通过一个角位移控制系统，控制系统末端的角度，使末端的角度变化和该系统前端的角度变化一致。
即前端旋钮指示到哪个角度，末端的也指示到哪个角度。
二、项目思路要控制末端的角度随着前端旋钮的角度一起变化，并且保持一致，而且可以反向调节，就得根据闭环负反馈系统的相关理论，在末端角度部分有一个反馈信号到前端输入部分，从而控制末端角度到达目标角度时能够停止转动。
简单的负反馈框图如下：上述反馈流程图是该角度自动控制系统的简单框图，具体的内部连接电路图等需要具体根据实际情况而设定。
前端的角度变化，可以利用多圈电位器旋转一个特定的角度，从而产生一个电压的变化。
该电压接入用运放做成一个差分放大电路中，与后端电机转动带动电位器变化产生的电压作差，刚开始电压差不为零，马达会进行转动。
随着马达转动，反馈的电压逐渐增大，差值就趋于0，当差值为0时，说明马达转过的角度与电位器设定的角度相同，此时电机也就会停止转动，从而达到控制的要求。
三、项目器件前端需要一个角度旋钮并且有电位器，可以通过一个多圈电位器来实现旋钮和电压的控制。
运放可以选择普通的LM324来实现。
因为电机存在驱动电压的问题，直接作差后的电压较小，可以通过OCL的功放放大。
后端电机控制电位器转动，进而控制电压的变化，可以买电机和电位器集成在一起的马达电位器。
四、成本分析成本在要求价格承受范围之内。
五、项目时间安排6月6日-6月12日上网收集关于角度控制器的资料，了解角度控制器的应用等，初步定下方案的设计，并设计具体的模块，绘制原理图进行验证。
6月13日-6月19日购买项目器材，焊接电路板，调试各个模块的功能，并且进行整体的简单测试。
6月20日-6月26日整体测试并且对对路加以改进，完成总的项目报告。
六、总评估由上述几个方面可以看出，该项目用到的资源较为齐全，在技术上是不存在困难的，角度控制器在理论上是可以实现的。
不同角位移传感的介绍
不同角位移传感的介绍角位移传感器，也称角度传感器，是一种能够测量物体旋转角度的装置。
在众多工业和机械应用中，角位移传感器是至关重要的组成部分，它们可以在测量位置安装配对物件的角度变化的过程中发挥重要作用。
以下是不同角位移传感器的介绍。
旋转电容角位移传感器旋转电容角位移传感器利用大致线性的电容变化来测量角位移。
该传感器大大改善了机械旋转器中的可靠性，因为它不涉及机械移动部件。
它更适用于应用程序要求高精度或高速度时，因为它对机械变化要求不高且反应速度快。
其核心部分由定子和转子两个平行电容器组成，转子上是触发电极，该电极会随着角位移的变化而发生变化。
实时测量旋转角度时，电容的值将用于计算转角的准确度。
该传感器广泛应用于机器人技术、生物医学研究等领域。
光学角位移传感器光学角位移传感器是测量角位移的一种非接触传感器。
该传感器以光学加工技术为基础，使用角度编码器来对机械移动进行精确定位。
光学传感器使用相对位置比较而非直接读取角度。
光电二极管固定在角度编码器的平行平面上，如果移动，则会使遮蔽物移动，从而使光照射在光电二极管上的时间发生变化，与此同时，角度编码器本身也有一些特性，可以被用作反射器来使测量更可靠。
适用于机器人、汽车工程、测量仪表和医学设备的应用程序。
磁致伸缩角位移传感器磁致伸缩位移传感器也称作磁致伸缩感应（MI）传感器，是一种测量转动或线性位移的传感器。
该传感器通过将磁导体放在输出杆上，形成一个包围在其周围的电感电路，然后将磁场值的变化与输出电流的电流合成与信号共存的负载进行比较转换。
该传感器具有轻巧的重量和小型化体积，在低电压条件下提供高带宽和高输出信号的优点，他们被广泛用于飞机飞行控制设备、机器人、工业自动化、医疗设备、汽车等设备的控制和测量。
压电角位移传感器压电位移传感器是基于压电效应原理的传感器，它适用于测量多种位移情况，包括线性位移、弯曲位移、扭曲位移和角位移。
当该传感器受到压力和/或应力时，会产生电荷，这些电荷可以通过电缆传递到放大器等其他电子设备。
某电传飞控系统角位移传感器设计优化
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎｄ ｍｏ ｒ ｅ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂｅ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｒ ｏ －
统对 旋转 可 变差 动 变压 器式 角位 移 传感 器 电气信 号特 性 的要 求 。
关键词 ： 旋转 可 变差动 变压器 角位 移传 感器 ； 设计优 化 ； ４线制 ； ５线制
一种多电机同步测量装置及其使用方法
一种多电机同步测量装置及其使用方法摘要本文介绍了一种多电机同步测量装置及其使用方法。
该装置主要用于电力系统中多台电机的同步测量，能够提高测量准确度和效率。
文中详细介绍了该装置的硬件和软件设计，并给出了具体的使用方法和实验结果。
最后总结了该装置的优点和存在的问题，并提出了改进措施。
关键词：多电机同步测量，电力系统，测量准确度，测量效率，装置设计1.引言在电力系统运行过程中，多台电动机通常需要进行同步运行，以实现较高的效率和可靠性。
然而，为了保证电机之间的同步性，需要进行精确的同步测量，以确保每台电机都能运行在相同的速度和相位。
目前，常见的同步测量方法主要有机械同步和电子同步两种。
机械同步通常需要复杂的机构和控制装置，测量准确度较低；电子同步虽然测量准确度较高，但由于需要依靠外部参考信号，测量精度可能受到干扰而受限。
因此，为了解决上述问题，本文提出了一种多电机同步测量装置，该装置可以同时测量多台电机，提高了测量准确度和效率。
除此之外，该装置还能够进行信号处理和数据分析，实现更为精细的测量和控制。
2.装置设计2.1硬件设计该多电机同步测量装置的硬件主要包括传感器模块、控制模块和通信模块三部分。
传感器模块包括速度传感器和角度传感器两种。
速度传感器用于测量电机的旋转速度，角度传感器用于测量电机转子的位置，这两种传感器可以组成一套完整的测量系统。
控制模块采用现代化的数字信号处理器（DSP），负责采集传感器数据、进行信号处理和输出控制信号。
通信模块主要用于与其他控制器或计算机进行数据交换。
2.2软件设计该装置的软件主要分为数据采集、信号处理和控制输出三个部分。
数据采集模块负责采集各个传感器的数据，并进行数字化。
信号处理模块包括数据滤波、时域分析和频域分析等功能，用于处理原始数据并提取有效信息。
控制输出模块则根据输入的参考信号生成控制信号，实现电机的同步运行。
3.使用方法使用该装置进行多电机同步测量的基本步骤如下：3.1连接传感器将速度传感器和角度传感器连接到电机上，并连接到装置的传感器模块。
一种可同时测量位移和角度的电容式传感器设计
一种可同时测量位移和角度的电容式传感器设计叶湘滨,刘正春(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073)摘 要:提出了一种可同时测量位移和角度的变面积式差动电容传感器的设计方案。
位移测量范围为-50~50mm,准确度可达0.2mm,角度测量范围为0~180b ,准确度可达0.5b 。
通过在结构上采用介质差动法,该传感器克服了边缘效应的影响,具有测量范围宽、线性度良好、受温度影响小等优点。
关键词:位移;角度;电容式传感器;介质差动法;脉宽调制电路中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2004)03-0034-04Design of capacitive sensor for both displacementand angle measurementY E Xiang 2bin,LIU Zheng 2chun(Coll of Mech Elct Engin and Automation,Na tional Univer sity of Defence Technology,Changsha 410073,China )Abstr act :An area 2alterable differential capacitive senso r is di scussed,w hich can measure both di splacemen t and angle.The displacement measurement range is fro m -50~50mm,the accuracy is 0.2mm;The angle measurement range is from 0~180b ,the accuracy i s 0.5b .In structure desig n,dielectric di fferential method is adopted,so the senso r can eli minate frin gin g effets and it has advantages o f a w ide measuremen t range,a higher linearity as well as less influence of temperature.Key wor ds :displacement;ang le;capacitive senso r;dielectric differential method;pulse durati on mo dulated circuit0 引 言电容式传感器广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量,以其小功率、高阻抗、小静电引力、本身发热影响小的特点在众多传感器中占有一席之地。
角位移脉冲传感器设计宜春学院理工学院机制专业兰远超指导老师
角位移脉冲传感器设计宜春学院理工学院机制专业兰远超指导老师：陈敏摘要：本设计介绍了导电塑料角位移脉冲传感器，它是以导电塑料作为敏感材料,利用先进的喷涂工艺将导电塑料浆喷涂到绝缘基体上做成电阻码盘，电刷组件确保电刷柱在导电塑料薄膜上的压力恒定,电源采用5V高精度恒流恒压电源。
此角位移传感器可在温差变化大、辐射、粉尘多等恶劣环境下工作,测量范围360°连续,具有精度高、性能稳定、工作可靠的优点,可广泛应用于液压泵控制、机器人控制、阀位控制等领域。
本设计详细地介绍了导电塑料角位移传感器的总体方案设计、基本工作原理、电阻码盘的结构设计、电刷及其组件的结构设计、转轴及其组件的结构设计、外壳的结构设计以及微电路模块的设计，并且提出了校验方法。
关键词：导电塑料; 角位移脉冲传感器; 敏感材料; 电阻码盘Design of pulse corner displacement sensorYichun University Polytechnic Institute Professional mechanism lan yuanchaoGuidance teacher:chen minAbstract: The design of pulse corner displacement sensor is introduced in this paper. It adopts the conductiveplastic as sensitive material. The slurry of conductive plastic is sprayed to the insulating substrate makes resistive encoder with advanced spray technology, the brush discreteness insures the pressure invariableness on the conductive plastic film by the brush patch, and its source uses 5V high precision constant current and voltage. This sensor can be used in a big change in temperature, radiation, dust and more bad environment, the measuring range is 360°continuous, it has the advantages of high precision, stable performance and reliable operation etc, it may be applied to control the clique digit and hydraulics pressure pump and robot etc. The design detailed introduces the overall program design of pulse corner displacement sensor, basic working principle, the structural design of the resistive encoder, the structural design of the brush and its components, the structural design of the shaft and its components, the structural design of the housing and the design of microcircuit modules. It also proposes calibration method.Key words: conductive plastic; pulse corner displacement sensor; sensitive material; resistor disc目录1 前言 (1)2 总体方案设计 (1)2.1 传感器类型的选择 (1)2.2 传感器总体结构设计 (2)2.3 基本工作原理 (2)3 传感器的结构设计 (3)3.1 电阻码盘的结构设计 (3)3.2 电刷及其组件的结构设计 (4)3.3 转轴及其组件的结构设计 (5)3.4 壳体的结构设计 (8)4 微电路模块设计 (10)5 校验及结论 (10)6 谢辞 (12)8 附录 (14)1 前言角位移脉冲传感器是一种把角度测量转换成脉冲计数测量的传感器，根据脉冲形式的不同，角位移脉冲传感器主要分为电容式角位移脉冲传感器，光电式角位移脉冲传感器，霍尔式角位移脉冲传感器，光栅角位移脉冲传感器等。
角位移传感器的原理及应用
角位移传感器的原理及应用角位移传感器是一种广泛应用于工业、汽车、航空航天等领域的传感器，可以用来测量物体的角度变化。
本文将介绍角位移传感器的原理以及其在不同领域的应用。
一、原理角位移传感器基于角度测量原理，通过测量物体相对于基准位置的角度变化来得出角位移数值。
常见的角位移传感器有旋转电位器、磁编码器和光电编码器等。
1. 旋转电位器旋转电位器是一种将旋转角度转化为电阻值变化的传感器。
其结构包括一个旋转物体和内部的感应电阻器。
当旋转物体转动时，感应电阻器的连接方式会发生变化，从而改变电阻值。
通过测量电阻值的变化，可以得出角位移的数值。
2. 磁编码器磁编码器通过测量磁场的变化来得出角位移数值。
其结构包括一个转子和一个定子，转子上固定有一系列的磁体，而定子上则有感应器。
当转子旋转时，感应器会检测到磁场的变化，并将其转化为电信号。
通过处理这些电信号，可以得到物体的角位移。
3. 光电编码器光电编码器利用光电传感器测量光的变化来得出角位移数值。
其结构包括一个光源和一个光电传感器。
光源照射到旋转物体上，而光电传感器检测旋转物体上的光的变化。
通过分析光的变化，可以得出角位移的数值。
二、应用角位移传感器在各个领域都有广泛的应用。
下面我们分别介绍其在工业、汽车和航空航天领域的具体应用。
1. 工业领域在工业领域，角位移传感器被广泛应用于机械臂、工业机器人等设备中。
通过测量机械臂关节的角位移，可以控制机械臂的运动轨迹，实现精确的操作。
此外，角位移传感器还可以用于测量旋转设备的运动状态，监测设备的工作情况。
2. 汽车领域在汽车领域，角位移传感器被用于汽车悬挂系统的控制。
通过测量悬挂系统的角位移，可以调整悬挂系统的刚度和阻尼，提高汽车的操控性和乘坐舒适性。
此外，角位移传感器还可以用于汽车的转向控制和安全系统中，提高行车的安全性。
3. 航空航天领域在航空航天领域，角位移传感器被广泛应用于飞行控制系统。
通过测量飞行器不同部件的角位移，可以实现飞行器的姿态控制和稳定化。
高精度圆感应同步器设计及制造
高精度圆感应同步器设计及制造[摘要]介绍了一种电磁感应式传感元件，用来检测机械转角和位移。
[关键词]感应同步器定子组件转子组件一、引言圆感应同步器（又称角位移传感器）是一种角度检测的多极电磁感应元器件。
具有精度高、结构简单、工作可靠、对使用环境要求低，并具有误差补偿作用等一系列优点，因而广泛用于陀螺平台、伺服转台、火炮控制、雷达天线定位跟踪、经纬仪、角度数据发送传输、天文望远镜的跟踪系统、机器制造等国防和民用部门。
普通的圆感应同步器精度为±1~5”，我所采用先进的硬铝合金基板机刻工艺和电气调心安装方法，精度可达到±0.3”。
二、主要技术性能参数（一）准确度:≤±0.3”。
（二）外观: 外表面不应有锈蚀,基准面无胶漆和机械损伤,接线端子无松动现象。
（三）直流电阻: 定子两相绕组的直流电阻差值不大于2%。
（四）绝缘电阻: 在工作环境下,绕组对基板及定子两相绕组间的绝缘电阻值不低于500KΩ。
（五）抗剥强度: 导片与绝缘层间的抗剥强度不小于0.9Kg/cm。
（六）将同步器定、转子分别装在数字式精密光栅光学分度头的壳体和转动轴上，把带千分表的磁力表架先后固定在分度头的转动轴和壳体上，分别测量定、转子的圆跳动和端面跳动，其值应不大于0.003mm。
三、工作原理及结构圆感应同步器是基于电磁耦合原理，利用定、转子间相对位置的不同而使输出信号成为位移函数。
它是线性元件，当定、转子间相对位置一定时，相互间的互感系数为一常值。
不论何方激磁，输出特性相同，因而通常元件测试时，一单相激磁双相输出来进行分析。
圆感应同步器结构简单，只有一块定子和一块转子组成，如图1所示：（1-转子基板2-转子环氧层3-转子绕组4-屏蔽层5-定、转子间隙6-定子绕组7-定子环氧层8-定子基板）同步器定子上安放电角度上互相垂直的两相绕组，称为正弦和余弦绕组，转子上安放单相连续绕组，如图2所示。
四、设计圆感应同步器的主要尺寸指的是绕组有效部分的平均直径D和有效长度L，它们的大小直接影响感应同步器的参数。
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用于多电机同步控制的角位移传感器设计Design of rotate displacement sensor used to multi-drive synchronization system奚小网1，陆 荣1，高 波2XI Xiao-wang1, LU Rong1, GAO Bo2（1. 无锡职业技术学院 机电技术学院，无锡 214121；2. 中国船舶科学研究中心，无锡 214082）摘 要：本文介绍了一种可用于多电动机同步控制系统的角位移传感器。
它采用导电塑料电位器为敏感元件，电位器滑动转轴与质量块固定，将传感器转角的变化转换成电阻的变化并通过测量转换电路改变输出电压，输入变频器控制多电机同步运行。
详细分析了传感器的结构、特点和测量转换电路。
实验表明输出电压与角位移变化呈线性关系。
关键词：角位移传感器；多电机同步，变频，运算放大器中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2011)8(上)-0045-04Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.8(上).130 引言角度和角位移的测量在现代工业生产中广泛应用，主要采用电阻式、电感式、电容式、光栅式、磁阻式等角度和角位移传感器[1]。
在多电机同步控制系统中角位移传感器也有应用，但传统的角位移测量仪，因结构等方面的缺陷，影响了其使用寿命和可靠性。
利用导电塑料薄膜电位器作为敏感元件，设计了一种新型角位移传感器，用于多电机同步运行控制，具有无接触式、结构简单、小巧轻便、线性好、控制精度高等特点，既提高了控制的可靠性和分辨率，又简化了装配工艺，降低了成本。
1 多电机同步控制原理在造纸、纺织印染、轧钢等生产设备中，由于具有多点传动的要求，电动机的数量通常较多，对系统的调速控制也提出了更高的要求。
在调速方式上，由于变频调速具有可靠性高、使用维护方便等特点，因此这些设备一般采用变频器传动交流异步电动机的调速方式[2]。
在工艺上，通常要求这些传动电动机之间能够实现同步运行（例如造纸、纺织印染设备）或按照一定的牵伸比（线速度比）运行（例如轧钢机、化纤后处理设备）。
如常用的印染后整理设备有显色皂洗机、退煮漂联合机、热风烘燥机、丝光联合机等，这些设备的传动电机较多。
工作时，布卷从设备进口进入，经过多电动机传动后，在出口处再次形成布卷。
显然，为防止布匹在加工过程中跑偏、起皱并保证一定的张力，要求多个电动机保持同步运行，即实现多单元同步传动。
图1为三单元同步控制系统框图。
图中VF1为主令电动机变频器，VF2、VF3为轧车2以及轧车3的传动电机变频器。
VF1的运行速度信号来自主控单元的主令给定，当主令信号确定后，整机的运行速度就确定了。
图1 三单元同步控制系统示意图本系统中，为保证轧车2、轧车3与轧车1的同步运行，变频器VF2、VF3 的速度由主令信号和同步检测装置共同给定。
由图1可见，同步检测装置中的电位器接±5V直流电源，当电位器处于中间位置时，给定信号为0V。
同步检测信号输入变频器辅助模拟量输入端后，可通过设定变频器内部参数得到如下速度控制信号：收稿日期：2011-03-10基金项目：江苏省高等教育人才培养模式创新实验基地项目资助（2008-47）作者简介：奚小网（1967 -），男，江苏无锡人，副教授，工学硕士，研究方向为电工技术、功能材料及应用等。
V F =k 1V A I 1+ k 2V A I 2 (1)式中，k 1、k 2取值范围为0~1。
运行中，当轧车2速度偏大时，同步检测电位器触点上移，变频器辅助输入端的信号为负，速度控制信号VF变小，使轧车2速度下降，最终实现与VF1同步，即实现多单元同步运行。
传统设备采用直流电机加变速箱传动，单元间采用摆式或棍式松紧架同步装置或自整角机调节电机的转速，或采用张力传感器构成恒张力控制系统，这些措施可靠性较差，控制操作管理与使用维护成本高。
有人采用光电编码器或光栅等数字转速传感器和数字控制器实现的同步控制方案，也有用计算机和网络加开关量接口模块控制的同步方案，但这类方案又有因所需传感器或接口模块数量多，致使设备成本大大增加和对控制要求非常高的缺点[3]。
采用交流变频调速取代直流调速，技术水平有了很大的提高，新型非接触式角位移传感器的使用，可有效提高长期可靠性和达到很高的分辨率。
2 新型角位移传感器设计2.1 角位移传感器的结构新型角位移传感器采用非接触式设计，其结构示意图如图2所示。
敏感元件采用导电塑料电位器WDD35D-4。
选择电位器标准阻值5kΩ、阻值公差±15%、独立线性精度±0.5%。
电位器理论电气转角：345º±2º；分辨率：无限；功率：2W(70℃)；电阻温度系数(ppm/℃)：<±400；工作温度范围：-55℃~125℃；机械转角：360°(连续)。
电位器固定于传感器外壳，电位器线圈随传感器外壳一起转动，其滑动转轴与质量块固定，在重力作用下保持竖直向下，因而可将传感器转角的变化转换成电阻的变化。
1. 电位器滑动转轴2. 质量块3. 固定盘4. 导电塑料电位器图2 传感器结构示意图新型角位移传感器使用时直接安装在松紧架传感器安装轴端，如图3所示，这样可有效避免传感器承受的扭矩。
安装轴检测浮动辊的位置变化，当右侧的电机运行速度相对变快时，浮动辊升高，角位移传感器检测的角度正向变大，当浮动辊升高到超出最高值的范围时，角位移传感器输出上越位信号。
相反，当左边的电机运行速度相应变快时，浮动辊下降，角位移检测的角度反向变大，当浮动辊下降到超出最低值的范围时，角位移传感器输出下限位信号。
图3 角位移传感器安装示意图2.2 角位移传感器电路设计要求工作类型：该角位移传感器可根据同步控制的要求，设定为标准型和同步型两种工作类型。
标准型角位移传感器无同步控制功能，工作时变频器需外接同步器；同步型角位移传感器有专门的同步信号输入端，可独立实现同步控制。
测量范围及输出电压：根据实际应用的需求，该角位移传感器的出厂整定范围为±45°，标准型输出电压2.5~7.5V，同步型输出电压为同步信号±1V。
越位输出信号：传感器具有上限越位触点和下限越位触点，在正常工作范围内，上限越位触点和下限越位触点均闭合，上限越位时对应的上限越位触点断开，下限越位时则对应的下限越位触点断开。
同步型传感器的上下限位开关串联输出，作为一个开关使用。
正常时，开关闭合；越位状态下，开关断开。
2.3 检测与转换电路组成根据设计要求，新型角位移传感器完成信号检测与转换的电路由正常输出电路、上限位输出电路、下限位输出电路以及电源电路四部分组成，敏感元件为导电塑料电位器RW0。
其电路组成如图4所示。
电源电路：采用三端集成稳压器LM78L09以及LM79L09产生所需电压。
三端集成稳压器的输出电流为100mA，可满足负载电路的使用要求。
二极管D1和D2用于防止外部电源极性接反，D3和D4为集成稳压器的保护二极管。
输入端接电容C1和C2用于消除串入电路的高频干扰；输出端接电容C3和C4可消除电路中的有害自激振荡，改善电源的瞬态响应。
正负动作信号输出电路：根据控制要求，当检测角度在±45°范围内变化时，标准型传感器应输出2.5~7.5V电压，同步型传感器输出同步电压±1V。
在电路中首先通过反相输入放大电路A1将敏感元件输出电压进行放大，再通过反向器A8输出正动作信号；反相输入放大电路A1直接输出负动作信号。
为满足同步控制要求，电路中增加反相加法电路将同步信号与检测信号叠加，同时增加反相放大电路A6将经过A1放大后的检测信号进行调整，以满足同步型传感器输出电压等于同步信号±1V的要求。
上限位输出电路：上限位输出电路由放大电路、迟滞比较电路以及光电耦合输出电路组成。
放大电路由反相比例放大电路A1以及反相器A2构成，用于对输入电压进行放大。
由A3等组成迟滞电压比较电路，避免上限越位输出电压在上限位置来回跳变。
采用光电耦合电路作为输出电路可割断信号处理电路与输出电路之间电的联系，电路之间的信号通过光线传输，使前端与负载完全隔离，增加安全性，减小电路干扰，简化电路设计。
当U11<UTH时，即输入未达上限位时，光电耦合器发光二极管发光，光敏晶体管导通，晶体管T1导通，端子10与端子11接通，相当于开关闭合；当U11>UTH时，即输入超过上限位时，光电耦合器截止，晶体管T1截止，端子10与端子11断开，相当于开关断开。
下限位输出电路：根据控制要求，当传感器图4 角位移传感器检测与转换电路转角达到基准位置-45°时产生下限越位信号。
当电位器R W0滑动触点向下滑动时，经过反相放大电路A1放大后输出电压U O1与迟滞电压比较电路相应的阈值电压U F2比较：当U O1大于U F2时，输出电压为低电平，下限越位指示发光二极管发光指示越位输出，光电耦合器件截止，晶体管T2截止，端子12与端子13断开，相当于开关断开；当U O1小于U F2时，输出电压U 22为高电平，光电耦合器件导通，晶体管T2导通，端子12与端子13导通，相当于开关闭合。
2.4 实验结果调试后，取电位器R W0滑动触点位置设定为27%时对应浮动辊的基准位置，即敏感元件+90º位置。
在45º～135º范围内进行了测量，得到正动作输出电压在2.46V到7.47V之间变化，其与被测角位移之间成线性关系，如图5所示。
3 结束语运用导电塑料电位器及其滑动转轴与质量块固定的结构制成的新型传感器，固定于传动辊上，电位器线圈随传感器外壳一起转动，将传感器转角的变化转换成电阻的变化而改变输出电压，通过变频器使多电机同步运行。
该传感器具有无接触式、结构简单、小巧轻便、线性好、控制精度高等特点。
参考文献：[1] 梁长垠,晏凯.基于单片机的电容式角位移测量系统[J].传感器与微系统,2006,25(8):52-54.[2] 黄麟.交流调速系统及应用[M].大连理工大学出版社,2009:181-183.[3] 潘湘高,李晓峰.纺织印染机械多电机群变频调速同步DCS[J].纺织学报,2007,28(4):116-120.图5 输出电压与角位移的关系曲线传统的扰动观察法和电导增量法，采用模糊神经网络法光伏系统MPPT控制方法表现出更好的动态性能和稳态性能。
图9 光照强度发生改变时实验波形图5 结束语论文分析了利用Boost电路实现光伏发电系统MPPT的原理，提出控制思路。
重点讨论了基于模糊控制的MPPT算法，关键技术是借助人工神经网络法，由实测数据生成模糊控制规则。