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位置传感器

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位置传感器-简介
位置传感器【position sensor】【】 用来测量机器人自身位置的传感器。

位置传感器-介绍
位置传感器可分为两种,直线位移传感器和角位移传感器。其中直线位移传感器常用的有直线位移定位器等,具有工作原理简单、测量精度高、可靠性强的特点;角位移传感器则可选旋转式电位器,具有可靠性高、成本低的优点。角位移器还可使用光电编码器,,有增量式与绝对式两种形式。其中增量式码盘在机器人控制系统中得到了广泛的应用。

典型位置测量系统
1)单探测器位置测量系统扩展系统线性范围
单探测器通常只能测量光通量的变化,把位置变化转换为光通量变化,常借助于像分析器,其原理是在像面上形成测光窗口作为位置基准。该窗口可以是狭缝、圆孔、棱尖或刀口,也可以是调制圆盘。这些基准窗口或调制盘,在工作时可做周期性扫描运动或转动,使光敏元件输出周期性信号以便提高信噪比。上述位置测量过程实际上也是光信号边缘位置检测过程。单探测器构成的像分析器可以有很高的位置分辨力。一个典型的位置测量系统是振子式光电瞄准装置,其位置分辨力可达零点零几微米,它被用于光电显微镜和光电自准直仪等。振子上有一狭缝置于位敏元件之前,它以50Hz振动,当光信号亮线与狭缝的中心位置重合时,对应光通量的变化,光电器件有100Hz频率对称波形输出。若光信号亮线与狭缝中心不重合,则输出波形除有100Hz成分外还有50Hz成分,根据相位可判断偏离方向,根据幅值可以判断偏离大小。但由于光敏元件的非均匀性、光信号分布的非均匀性以及亮度变化等因素的影响,使得这种测量的线性范围很小,通常这种扫描式像分析器适于光电瞄准。如果要扩大位置测量范围、提高精度,需用伺服机构,目前已有带伺服系统的光电自准直光管产品。另一个典型例子”是使用具有伺服锁定功能的析像管构成的光子式位移传感器,其分辨力可达零点零几微米。在较宽的测量范围内,非线性低于1%,可超过100kHz。
2)PSD位敏元件构成的位受测量系统
PSD是专为光学信号位置测量而研制的元件。其输出的位置信号是光信号的亮度中心坐标。例如,一种在长25m范围内测量直线度的PSD应用系统,用He—Ne激光器作为光源,PSD像面上光斑直径为5mm,其测量精度可达2.5um。PSD型号是S1200,为表面分离改进型元件。一般来说PSD位置测量系统比较简单,具有很好的抗杂光干扰能力和较小的位置温度系数(波长低于900nm时温度系数可低于0.2%/℃)。
3) 象限位置测量系统
象限位置测量系统检测的也是光恬号的亮度干心位置,其输出一服再问种电路连接万案:和差电路连接和直差电路连接。和差电路的特点是测量灵敏度较高,非线性影响较小,直差电路这两方面性能要差一些。采用差动连接,光信号亮度起伏以及背景影响可以被抵消,灵敏度也有所提高。这些特点都是单探测器所没有的,线性也比单探测器好。但是,由于象限探测器中每个光敏元之间的特性差别,每个光敏元自身响应的不均匀以及光信号形状和分布的不规则性,使得象限位置测量的线性范围,比PSD别要小很多。采用闭环结构可使线性得到很大改善,如采用四象限光电池、检差电路和伺服电机构成的测量系统,在土1.5mm的范围内可以得到0.05%的线性度。
4)阵列式探测器位置测量系统
目前,这种测量系统较多,它们具有测量范围大、分辨力高的特点。用面阵传感器进行光电位置测量的最好结果是在CCD星体跟踪器中得到的。由于采用亚像素分辨技术,其位置测量精度接近1/100像素尺寸(0.3um),抖动率为1/250像素尺寸(约为0.1um),成功地将视场分为1/50000(所用CCD为512×320像元),获得高精度的关键在于提高信噪比。该系统采用慢扫描工作方式读出信号电荷,采用相关四重采样放大器,使读出噪声大大降低,利用半导体制冷技术降低暗电流,使整个系统噪声控制在信号散粒噪声水平。一般来说,面阵位置测量系统较复杂,一维位置测量系统相对简单。二维大型面阵位置测量系统不太适于动态位置测量,因为它需要较长的光积分时间和电荷转移时间


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开放分类
传感器    模拟    

参考资料
http://www.hudong.com/wiki/%E4%BD%8D%E7%BD%AE%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8

贡献者
葱爆羊肉    sdjntl    


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