位置傳感器原理及應(yīng)用

位置傳感器原理

位置傳感器用來測(cè)量機(jī)器人自身位置的傳感器。位置傳感器可分為兩種，直線位移傳感器和角位移傳感器。

位置傳感器（positionsensor），能感受被測(cè)物的位置并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。它能感受被測(cè)物的位置并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。國內(nèi)主要廠商有OTRON品牌。

位置傳感器分類

位置傳感器可用來檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開關(guān)，和位移傳感器不同，位置傳感器有接觸式和接近式兩種。

接觸式傳感器

接觸式傳感器的觸頭由兩個(gè)物體接觸擠壓而動(dòng)作，常見的有行程開關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉。當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中，碰到行程開關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會(huì)動(dòng)作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關(guān)，則可以控制移動(dòng)范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與某個(gè)物體的接觸位置。

接近開關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的開關(guān)，它無需和物體直接接觸。接近開關(guān)有很多種類，主要有電磁式、光電式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

霍爾傳感器

霍爾傳感器是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。將鍺等半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，在一個(gè)方向通以電流時(shí)，則在垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。將小磁體固定在運(yùn)動(dòng)部件上，當(dāng)部件靠近霍爾元件時(shí)，便產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，從而判斷物體是否到位。

位置傳感器在直流電機(jī)上的應(yīng)用

傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)大多以霍爾元件或其它地位檢測(cè)元件作位置傳感器，但位置傳感器維修困難，且霍爾元件的溫度特性不好，招致零碎牢靠性變差。因而，位置傳感器無刷直流電機(jī)成爲(wèi)理想選擇，并具有寬廣的開展前景，但它的控制電路相當(dāng)復(fù)雜。

位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制與有位置傳感器無刷直流電機(jī)控制的最基本區(qū)別就是應(yīng)用反電勢(shì)的波形尋覓最佳換向點(diǎn)。當(dāng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各相繞組的反電動(dòng)勢(shì)（EMF）與轉(zhuǎn)子地位親密相關(guān)。由于各相繞組是交替導(dǎo)通任務(wù)的，在某相不導(dǎo)通的時(shí)辰，其反電動(dòng)勢(shì)波形的某些特殊點(diǎn)，可替代轉(zhuǎn)子位置傳感器的功用，失掉所需求的信息。

外部的調(diào)速零碎是典型的直流電機(jī)PWM雙閉環(huán)調(diào)速零碎，在零碎中設(shè)置兩個(gè)調(diào)理器，辨別調(diào)理轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)理器的輸入作爲(wèi)電流位置傳感器調(diào)理器，再用電流調(diào)理器的輸入控制開關(guān)器件。這樣組成的雙閉環(huán)零碎，在突加給定的過渡進(jìn)程中表現(xiàn)爲(wèi)一個(gè)恒值電流調(diào)理零碎，在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)中又表現(xiàn)爲(wèi)無靜差調(diào)速零碎，即發(fā)揚(yáng)了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)位置傳感器調(diào)理器各自的作用，又防止了像單環(huán)零碎那樣兩種反應(yīng)相互牽制的缺陷，從而取得良好的靜、靜態(tài)質(zhì)量。

內(nèi)部功率元件MOSFET的源極電流流過R失掉與位置傳感器無刷直流電機(jī)控制的簡易辦法電動(dòng)機(jī)繞組電流成反比例的電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器（該濾波器能濾除觸發(fā)單穩(wěn)電路的噪聲尖峰電流，普通選樣在工夫常數(shù)300ns以內(nèi)）到電流比擬器的正端引腳），比擬器的負(fù)端有鉗位電壓爲(wèi)0.5V的二極管，因而可以限制電機(jī)定子電路的最大峰值電流當(dāng)電流檢測(cè)電路的電壓高于比擬器負(fù)端電壓時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路被觸發(fā)，關(guān)斷輸入MOSFET，電流下降，直至單穩(wěn)電流被復(fù)位。

采用位置傳感器控制器芯片，簡化了無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制，它不只具有良好的限流和維護(hù)功用，而且用ML4428構(gòu)成的雙閉環(huán)調(diào)速零碎的功能也將失掉改善，采用該位置傳感器控制器芯片，處理了應(yīng)用反電勢(shì)檢測(cè)完成換向及低速時(shí)開環(huán)起動(dòng)這一難題，實(shí)驗(yàn)證明，該控制零碎構(gòu)造復(fù)雜，功用完全，進(jìn)步了零碎的牢靠性。該辦法對(duì)直流無刷電動(dòng)機(jī)的普遍使用具有重要的實(shí)踐意義。

換向是由反電勢(shì)信號(hào)采樣檢出經(jīng)位置傳感器鎖相環(huán)控制而完成的，在電機(jī)運(yùn)動(dòng)及低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其反電勢(shì)爲(wèi)零或極低，無法檢測(cè)，因而必需由其它辦法開環(huán)起動(dòng)，到發(fā)生足夠大的反電勢(shì)方能進(jìn)入正常換向。