旋转检测技术:运动中的车轮也需要进行测定

2015-09-11 20:13:47来源: 电子工程网

    具有运动式机械组件的系统通常有必要对正在旋转的东西进行测定。

       在汽车中,要使用车速表、牵引控制器、防抱死制动器和巡航控制器均需测知车轮的速度。应该对引擎的每分钟转数(RPM)进行监视,以控制变速器,使车速保持在最高安全速度以下。电动车窗通常由一种具有闭环旋转检测功能的小型电机进行控制。而且我们不要忘记,当您最喜欢的歌曲开始播放之际,无线电系统需要对音量旋钮进行检测(在您转动该旋钮时)。
      
    除汽车外,旋转检测技术还适合许多其它应用,被用于电机轴、风扇、齿轮、涡轮和计算机鼠标滚轮。本图展示了一个用该技术来测定流体流速的例子:
       
    这种类型的传感器名为旋转编码器,分两大类:绝对编码器(它们能以度为单位来辨析确切位置)和增量编码器(它们可探测相对变化)。绝对编码器的一个简单例子是电位计。
      
    在增量编码器的范围内,两个主要类型是“惟速度型”和“速度与方向型”。第一种类型:当发生任何旋转时,传感器只能产生脉冲,不能区分顺时针旋转与逆时针旋转。第二种类型:可添加方向信息,并且通过另加一个传感器来完成方向信息的添加任务;然后系统中的控制器可判断两个传感器之间的转变顺序,以了解在向哪个方向转动。
      
适用于增量编码器的流行检测方法
      
    适合增量编码器的3种最常见技术法是机械技术法、光学技术法和磁性技术法。

    机械技术法:这类方法是接触式的,其中旋转片上的金属刷可有选择地与定子上的金属区进行接触。在印刷电路板(PCB)上,电压可被施加到一个端子上,当发生旋转时可在切换端子上测定电压的存在。这是最原始的方法,有几个劣势:
      
    接触面上的摩擦会让接触面随着时间的推移逐步磨损。
      
    存在污染物(如污垢和腐蚀生成物)时接触面将不能很好地工作。
      
    带宽(每秒探测值)在很大程度上受刷子的去除抖动时间(可以是毫秒级的)限制。
      
    机械设计和组装过程可能有些复杂。
      
    光学技术法:这类方法通常需要一个切出了小孔(掩模)的磁盘,一侧有一个发光二极管(LED),另一侧有两个光电探测器。任何其它类型的编码器能达到的最高分辨率光学编码器均可达到,且每转具有数千次脉冲,但随之而来的是严格的制造和对准公差。应用范围从计算机鼠标滚轮一直到高端半导体光刻设备。常见缺点是它在恶劣的工业环境中缺乏稳健性,因为任何物理污染物均会阻挡光线,感应可能成为一个问题。另外,在高温下LED的寿命将缩短。
      
    磁性技术法:一个3引脚的霍尔效应集成电路(IC)和旋转片上的一块小磁铁相匹配是一种出奇简单却稳健的方法,可测定速度。DRV5033-Q1在此很适用。该传感器可被完全封闭,与环境隔离,并且磁铁的磁场可穿越一段距离,不受两者间大多数类型的污染物的影响。
      
    要通过磁性技术法测定速度与方向,标准的解决方案是使用两个锁存型霍尔传感器和一块南北极交变的环形磁铁。例如,DRV5013-Q1和一块这样的磁铁。如下图所示,当每个传感器接近南极时,它产生低电平输出;当接近北极时则引起高电平输出。两个传感器产生的输出被称为正交输出 —— 这是一个雅名,用于相位差为90°的信号。
      
    对任何给定的2位状态来说,均有一个用于顺时针增量的独特2位状态和另一个用于逆时针增量的独特2位状态。因此,微控制器固件相当简单。

关键字:旋转  运动  车轮

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2015/0911/article_11434.html
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