角度位移傳感器原理及其應用實例

角度位移傳感器是利用角度變化來定位物體位置的電子元件。適用于汽車，工程機械，宇宙裝置、導彈、飛機雷達天線的伺服系統以及注塑機，木工機械，印刷機，電子尺，機器人，工程監測，電腦控制運動器械等需要精確測量位移的場合。本文介紹角度位移傳感器原理及其應用實例。

角度位移傳感器原理

角度傳感器用來檢測角度的。它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。當連結到RCX上時，軸每轉過1/16圈，角度傳感器就會計數一次。往一個方向轉動時，計數增加，轉動方向改變時，計數減少。計數與角度傳感器的初始位置有關。當初始化角度傳感器時，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。

角度位移傳感器實例

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軸上，必須將正確的傳動比算入所讀的數據。舉一個有關計算的例子。在你的機器人身上，馬達以3:1的傳動比與主輪連接。角度傳感器直接連接在馬達上。所以它與主動輪的傳動比也是3:1。也就是說，角度傳感器轉三周，主動輪轉一周。角度傳感器每旋轉一周計16個單位，所以16*3=48個增量相當于主動輪旋轉一周?，F在，我們需要知道齒輪的圓周來計算行進距離。幸運地是，每一個LEGO齒輪的輪胎上面都會標有自身的直徑。我們選擇了體積最大的有軸的輪子，直徑是81.6CM(樂高使用的是公制單位)，因此它的周長是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，對于樂高角度傳感器來說，R一直為16.因此，我們可以得到：

　　I=3×16=48

每旋轉一次，齒輪所經過的距離正是它的周長C，應用這個方程式，利用其直徑，你可以得出這個結論。

　　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.

角度位移傳感器實際上應用

使用角度傳感器來控制你的輪子可以間接的發現障礙物。原理非常簡單：如果馬達 角度傳感器構造運轉，而齒輪不轉，說明你的機器已經被障礙物給擋住了。此技術使用起來非常簡單，而且非常有效;唯一要求就是運動的輪子不能在地板上打滑(或者說打滑次數太多)，否則你將無法檢測到障礙物。如果是一個空轉的齒輪連接到馬達上就可以避免這個問題，這個輪子不是由馬達驅動而是通過裝置的運動帶動它:在驅動輪旋轉的過程中，如果惰輪停止了，說明你碰到障礙物了。

在許多情況下角度傳感器是非常有用的：控制手臂，頭部和其它可移動部位的位置。值的注意的是，當運行速度太慢或太快時，RCX在精確的檢測和計數方面會受到影響。事實上，問題并不是出在RCX身上，而是它的操作系統，如果速度超出了其指定范圍，RCX就會丟失一些數據。Steve Baker用實驗證明過，轉速在每分鐘50到300轉之間是一個比較合適的范圍，在此之內不會有數據丟失的問題。然而，在低于12rpm或超過1400rm的范圍內，就會有部分數據出現丟失的問題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內時，RCX也偶會出現數據丟失的問題。

角度位移傳感器有靜態和動態之分，現在很多精密儀器都需要角度位移傳感器。隨著測控技術的發展，角度位移傳感器必將想高精度、微型化、智能化發展。