角度傳感器發(fā)展動向
常立斌（西安微電機(jī)研究所）
【摘要】近年來，角度傳感器作為自動控制系統(tǒng)的重要元件得到了迅速發(fā)展。本文闡述模擬式角度傳感器、數(shù)字式角度傳感器及混合式角度傳感器的發(fā)展概況，并指出角度傳感器的發(fā)展趨勢。
【敘 詞】角度傳感器模擬數(shù)字混合發(fā)展動向
1引言
隨著自動控制系統(tǒng)技術(shù)水平的提高，角度傳感器作為自動控制系統(tǒng)的重要元件得到了迅速的發(fā)展。實(shí)際上，系統(tǒng)的發(fā)展過程也就是角度傳感器的發(fā)展過程，角度傳感器采用永磁或光學(xué)等原理，其處理信號方式有模擬式和數(shù)字式，混合式傳感器則介于兩者之間。模擬式角度傳感器
模擬式角度傳感器理論上有無窮大的分辨力，能提供理想的速度信號，特別在超低速時(shí)具有高抗干擾能力，高穩(wěn)定性。
1.1自整角機(jī)
近年來，自整角機(jī)在工業(yè)機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助制造(cam)、工廠自動化(fa)、數(shù)控機(jī)床等工業(yè)領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。自整角機(jī)是模擬型機(jī)電元件，為適應(yīng)測量系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)數(shù)字化和普遍采用微處理器的要求，采用了接口技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)自整角類信號模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換。s/d（自整角機(jī)／數(shù)字）轉(zhuǎn)換或其逆轉(zhuǎn)換的小型固態(tài)混合式集成電路模塊的開發(fā)應(yīng)用，使固態(tài)自整角發(fā)送機(jī)、固態(tài)控制式變壓器、固態(tài)控制武差動發(fā)送機(jī)等成為一部分機(jī)電型自整角機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代產(chǎn)品，在數(shù)字化系統(tǒng)中發(fā)揮其固有優(yōu)勢，從而增強(qiáng)了與其它數(shù)字式位置傳感元件進(jìn)行競爭的能力。
1.2旋轉(zhuǎn)變壓器
旋轉(zhuǎn)變壓器分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、比例式旋轉(zhuǎn)變壓器三種基本類型。多極雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器是發(fā)展起來的一類新型高精度角度檢測和解算元件，它用電氣變速代替機(jī)械變速。提高了系統(tǒng)的精度，簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)展迅速，其精確度以千倍百倍數(shù)量級的速度提高，并且，演變和發(fā)展出許多系列，其中有多極旋變、感應(yīng)同步器、移相器、多極移相器以及大大小小的特殊品種。
國外旋變是以提高精度、帶溫度補(bǔ)償繞組、采用盤式、環(huán)形結(jié)構(gòu)和無接觸式為發(fā)展方向。國外的多極旋變已經(jīng)有了突破性進(jìn)展，出現(xiàn)了“游標(biāo)式旋變”，即無接觸式多極旋變。為適應(yīng)高精度軸角或直線位移檢測數(shù)字顯示和控制系統(tǒng)信號反饋的需要，已有雙通道和三通道旋變一數(shù)字轉(zhuǎn)換器(r/d)，它可直接與nc系統(tǒng)總線接口。現(xiàn)在，自動控制系統(tǒng)中不斷應(yīng)用旋變機(jī)組，機(jī)組是將幾種控制電機(jī)安裝在一個(gè)機(jī)殼中，共用一軸，體積小，可靠性高。
歐美國家使用的多極旋變多于日本，現(xiàn)在基本上是無刷型的。1988年日本旋變市場銷售10萬臺，產(chǎn)值15～25億日元；而現(xiàn)在日本的交流伺服電機(jī)中，百分之二十的同步型、百分之九十的非同步型安裝了旋轉(zhuǎn)變壓器。
1.3感應(yīng)同步器
國外感應(yīng)同步器的發(fā)展主要針對提高產(chǎn)品精度、縮小尺寸、改善安裝，采用長短距繞組感應(yīng)同步器、雙排繞組感應(yīng)同步器、多層繞組感應(yīng)同步器、雙通道組裝式感應(yīng)同步器及盤式結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器等，并已有感應(yīng)同步器／數(shù)字轉(zhuǎn)換器(i/d)，它可直接與nc系統(tǒng)總線接口。
1.4感應(yīng)移相器
它是正余弦旋變的一種特殊應(yīng)用。隨著伺服系統(tǒng)的高精度和高可靠性的發(fā)展，數(shù)字式相位控制系統(tǒng)的應(yīng)用愈來愈廣泛。近年開發(fā)研制的磁阻式多極移相器是一種基于磁阻變化原理而設(shè)計(jì)的新型元件，它可以在較小機(jī)座號上實(shí)現(xiàn)多極，其精度高于相同尺寸的傳統(tǒng)多極電機(jī)。它可應(yīng)用于高速數(shù)控機(jī)床，高空定位跟蹤系統(tǒng)以及“全天候”的測角系統(tǒng)等。按照一般工作原理來分，磁阻式多極移相器主要用于相位控制位置數(shù)字讀出系統(tǒng)和相位移控制數(shù)字伺服系統(tǒng)。模擬傳感器的特性及遠(yuǎn)景如表1所示。
2數(shù)字式角度傳感器
隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，工業(yè)用機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等位暨控制、進(jìn)給控制、打印機(jī)，辦公自動化設(shè)備，編碼器的使用日益增多。編碼器根據(jù)角度與位置產(chǎn)生脈沖信號，由于處理脈沖信號的電子回路高功能化、半導(dǎo)體存儲器的大容量化、運(yùn)算處理的高速化，使安裝到自動控制系統(tǒng)中的編碼器具有更****的功能。市場需求則向高分辨率、高速響應(yīng)、高功能化低成本化的方向發(fā)展。對于低成本化，則以具體應(yīng)用為前提，重視經(jīng)濟(jì)性要求。
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