角度傳感器設計：基于MLX的磁性角度傳感器的設計方案

　　本方案中所設計的整個系統(tǒng)重點分析了信號采集模塊的實現(xiàn)原理和影響測量精度的機械結(jié)構(gòu)，通過微處理器實現(xiàn)角度值的解算，在此基礎上編寫軟件算法。實驗證明本方案所設計的角度傳感器的精度能達到0.5°，可廣泛運用于汽車、電機等工業(yè)領域中，滿足所要求的技術(shù)指標。
　　1.引言
　　角度傳感器廣泛應用于汽車、機械、航空、航天、航海、工業(yè)自動化等領域。它主要分為接觸式和非接觸式兩種，由于接觸式的角度傳感器隨著使用時間的增長，會存在機械磨損、精度降低、經(jīng)常維修甚至更換新設備等缺點，這不僅提高了生產(chǎn)成本還容易使被測設備的質(zhì)量沒保證，而非接觸式角度傳感器則克服了這些缺點。常用的非接觸式角度傳感器有光電式和磁電式的。光電式的雖然精度比磁電式的高，但對環(huán)境要求苛刻、抗震性也較差，因此也就不適用于環(huán)境較復雜的工業(yè)場所。正是基于這些問題，設計一種基于磁電式的角度傳感器，它具有成本低廉，抗干擾性高，分辨力在0.5° 以內(nèi)等優(yōu)點。
　　2.系統(tǒng)總體設計原理
　　整個系統(tǒng)有四部分組成，分別為電源模塊，磁傳感器信號采集模塊、微處理器模塊、信號輸出模塊，硬件框圖如圖1所示。
　　
　　磁傳感器信號采集模塊主要通過集成有雙軸霍爾元件的集成芯片感知角度的變化，并以模擬信號或數(shù)字信號方式輸出到微處理器中，經(jīng)過一定的編碼和解碼，由微處理器輸出工業(yè)用的電壓或電流信號，或者以串口通信方式輸出數(shù)字信號。為了減小系統(tǒng)的復雜度和誤差來源，信號采集單元選擇Melexis公司的MLX芯片。它屬于CMOS霍爾傳感器，可以輸出與芯片表面平行的磁場相對應的角度位置信息，并以SPI的串行通信方式輸出數(shù)字信號，省去了A/D轉(zhuǎn)換電路，這極大的減小了系統(tǒng)設計的復雜度。微處理模塊選用Freescale公司的MC9S08DZ60，它是一款小體積、低成本、低功耗和較多外部接口的16位微處理器。
　　它具有24路12位的A/D通道、控制器區(qū)域網(wǎng)絡（MSCAN）、串行外圍設備接口模塊（SPI）、串行通信接口（SCI/USART）、內(nèi)部集成電路總線（IIC）等外設數(shù)字接口，很適合與外界進行數(shù)字信號通信。
　　3.機械結(jié)構(gòu)設計
　　角度傳感器的機械結(jié)構(gòu)主要有三部分組成，分別為旋轉(zhuǎn)軸、磁鐵和檢測電路。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
　　
　　旋轉(zhuǎn)軸、磁鐵和傳感器位置的機械偏差將決定系統(tǒng)測量的精確度。相比于理想的Sine和 Cosine 輸出曲線，機械誤差可以導致附加的電壓偏移、相位偏移、幅度變化以及非線性誤差等。
　　磁鐵到傳感器軸距的下限由飽和效應（電氣或磁場）所決定，上限由信噪比、信號與偏移電壓的比例來決定。
　　由于旋轉(zhuǎn)軸在運動過程中產(chǎn)生的機械磨損以及震動產(chǎn)生的軸偏移位置都將導致角度輸出信號的非線性，圖3揭示了磁鐵軸心的非線性度導致的角度誤差。
　　
　　由圖3可知磁鐵的軸心偏離的越大，最終輸出的角度誤差越大，因此要保證輸出角度的精度，所選取的磁體的軸心的偏離度應滿足一定的同心度。

角度傳感器設計：角度傳感器

【視頻】機器人中的紅外光角度傳感器
 了解有關(guān)ADI公司面向機器人應用中導航和控制的紅外光角度傳感器技術(shù)的更多信息。
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AMR角度傳感器
 作者：Robert Guyol
在當今的位置檢測技術(shù)中，各向異性磁阻(AMR)薄膜材料變得日益重要。相比傳統(tǒng)技術(shù)，磁阻(MR)位置測量具有多種優(yōu)勢。可靠性、精度和整體魯棒性是推動磁阻檢測技術(shù)快速發(fā)展的主要因素。低成本、相對較小的尺寸、非接觸式操作、寬溫度范圍、對灰塵和光的不敏感性、寬磁場范圍，這些特性共同造就出一種魯棒的傳感器設計。...

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【視頻】ADI公司高精度AMR 360度角度傳感器
 首款符合編碼器級精密測量(0.05°)要求的磁傳感器，可集成到現(xiàn)有的機械系統(tǒng)中，專為惡劣環(huán)境應用而設計，尺寸小巧，從而縮減系統(tǒng)尺寸、重量和成本。
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無人機雙余度電動舵機角度傳感器故障檢測方法
 楊金鵬，梁  東，楊  濤，張志新中國航天空氣動力技術(shù)研究院 測控事業(yè)部，北京）
摘  要： 雙余度舵控系統(tǒng)的基本思想是通過不同余度之間的切換來保證舵控系統(tǒng)的可靠性。針對無人機雙余度電動舵機角度傳感器故障檢測技術(shù)提出了基于辨識參考模型的方法。首先介紹了電動舵機的雙余度方案，然后通過機理分析和理論推導相結(jié)合的方式建立了舵系統(tǒng)的輸入輸出模型，利用系統(tǒng)辨識的方法確定了模型的參數(shù)。...

磁阻角度測量

電路功能與優(yōu)勢
圖1所示電路提供非接觸式AMR(各向異性磁阻)角度測量解決方案，可在180°范圍內(nèi)具有1°角度精度。該電路適合高速、精確、非接觸式角度測量應用。

電路提供全部必要的信號調(diào)理，包括儀表放大器、緩沖器和雙通道ADC，可高效處理 AMR傳感器的低電平電橋輸出。

使用該電路是一種業(yè)界領先的角度測量解決方案，適用于機床速度控制、起重機角度控制、...

集成式AMR角度傳感器和信號調(diào)理器ADA4571校準程序

作者：Robert Guyol
ADA4571是一款模擬各向異性磁阻(AMR)的角度傳感器，由一個檢測元件和一個調(diào)理信號的模擬儀表放大器組成。本應用筆記討論多種用以降低傳感器角度線性度誤差的簡單校準程序。AMR角度傳感器元件由兩個阻性惠斯登電橋構(gòu)成。每個惠斯登電橋在傳感器內(nèi)完全獨立。阻性匹配誤差由細微的工藝差異引起。這些匹配誤差表現(xiàn)為電氣失調(diào)和兩個電橋之間的幅度差異。...

【視頻】采用AMR技術(shù)實現(xiàn)非接觸式角度位置檢測

AMR角度傳感器提供針對BLDC電機控制的精確位置反饋。采用AMR傳感器可實現(xiàn)多種安裝配置。
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磁阻角度和線性位置測量

電路功能與優(yōu)勢
圖1所示緊湊型雙芯片電路提供非接觸式各向異性磁阻 (AMR)測量解決方案，可用于角度或線性位置測量。該雙 芯片系統(tǒng)在180°范圍內(nèi)具有優(yōu)于0.2°的角精度，在0.5英寸范 圍內(nèi)具有2 mil(0.002英寸)線性精度，具體取決于所用磁體的 尺寸。
該電路適用于高速、高精度、非接觸式角度和長度測量關(guān) 鍵型應用，比如機床速度控制、起重機角度控制、無刷直...

AMR角度傳感器

作者：Robert Guyol
在當今的位置檢測技術(shù)中，各向異性磁阻(AMR)薄膜材料變得日益重要。相比傳統(tǒng)技術(shù)，磁阻(MR)位置測量具有多種優(yōu)勢。可靠性、精度和整體魯棒性是推動磁阻檢測技術(shù)快速發(fā)展的主要因素。低成本、相對較小的尺寸、非接觸式操作、寬溫度范圍、對灰塵和光的不敏感性、寬磁場范圍，這些特性共同造就出一種魯棒的傳感器設計。...

集成式AMR角度傳感器和信號調(diào)理器 ADA4571

應用
*   絕對位置測量(線性和角度)
*   無刷直流電機控制與定位
*   執(zhí)行器控制與定位
*   非接觸式角度測量與檢測
*   磁性角位置檢測
概述
ADA4571是一款各向異性磁阻(AMR)傳感器，集成了信號調(diào)理放大器和ADC驅(qū)動器。ADA4571產(chǎn)生兩路模擬輸出，指示周圍磁場的角位置。ADA4571在一個封裝內(nèi)集成兩個芯片：...

角度傳感器設計：角度傳感器_1

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角度傳感器
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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。
角度傳感器，顧名思義，是用來檢測角度的。它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。當連結(jié)到RCX上時，軸每轉(zhuǎn)過1/16圈，角度傳感器就會計數(shù)一次。往一個方向轉(zhuǎn)動時，計數(shù)增加，轉(zhuǎn)動方向改變時，計數(shù)減少。計數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當初始化角度傳感器時，它的計數(shù)值被設置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復位。
中文名
角度傳感器
外文名
angular transducer
用    途
檢測角度
應用場合
地理、民用、工業(yè)等
應用舉例
吊車，吊架，收割機等
目錄
1
概述
2
舉例
3
方位角度傳感器
4
應用領域
5
應用場合
角度傳感器概述
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語音
角度傳感器
你可以很容易的測出位置和速度。當在機器人身上連接上輪子（或通過齒輪傳動來移動機器人）時，可以依據(jù)旋轉(zhuǎn)的角度和輪子圓周數(shù)來推斷機器人移動的距離。然后就可以把距離轉(zhuǎn)換成速度，你也可以用它除以所用時間。實際上，計算距離的基本方程式為：距離=速度×時間由此可以得到：速度=距離/時間
角度傳感器舉例
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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(shù)據(jù)。舉一個有關(guān)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(zhuǎn)三周，主動輪轉(zhuǎn)一周。角度傳感器每旋轉(zhuǎn)一周計16個單位，所以16*3=48個增量相當于主動輪旋轉(zhuǎn)一周。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。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(jié)一下。稱R為角度傳感器的分辨率（每旋轉(zhuǎn)一周計數(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)一次，齒輪所經(jīng)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(jié)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(shù)據(jù)-S轉(zhuǎn)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(shù)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.無接觸角度傳感器無觸點角度傳感器，又稱無接觸電位器，廣泛應用于工業(yè)自動化設備、工程機械、紡織機械、造紙印刷機械、石化設備、國防工業(yè)等自動控制設備的水平和旋轉(zhuǎn)角度的測量，也適用于拉絲機等作張力傳感器。
角度傳感器方位角度傳感器
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方位角又稱地平經(jīng)度，是在平面上量度物體之間的角度差的方法之一。傳感器測量方位角是從某點的指北方向線起，依順時針方向到目標方向線之間的水平夾角，是一種兩面角，即午圈所在的平面與通過天體所在的地平經(jīng)圈平面的夾角，以午圈所在的平面為起始面，按順時針方向度量。方位的度量亦可在地平圈上進行，以南點為起算點，由南點開始按順時針方向計量。方位的大小變化范圍為0°～360°，南點為0°，西點為90°，北點為180°，東點為270°。上述這種方位度量是在天文學中所用的方法。方位角傳感器在跟隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，有著高科技作戰(zhàn)的性能。傳感器測試系統(tǒng)的信息化是實現(xiàn)中國軍隊裝備現(xiàn)代化建設主要途徑，當務之急應該用高新技術(shù)提升老裝備的性能。這既是提升現(xiàn)有武器裝備的一個重要環(huán)節(jié)，又是最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有裝備整體作戰(zhàn)效能的一個重要因素。我國現(xiàn)役的炮塔方位角系統(tǒng)中．老型號較多，大部分沒有配備自動檢測和錄取設備。炮塔方位角系統(tǒng)的各種參數(shù)的計算、數(shù)據(jù)的處理和上報大多數(shù)由人工進行，難以勝任復雜環(huán)境下快速、準確采集。為適應現(xiàn)代化炮塔方位角系統(tǒng)的要求，必須具有一套自動采集和分析能力的完整測試系統(tǒng)。
角度傳感器應用領域
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在程序不僅僅會用到乘法和除法的數(shù)學運算，還有更多的需要多留心（有關(guān)內(nèi)容我們將在第12章進行進一步的討論）。
角度傳感器構(gòu)造
使用角度傳感器來控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡單：如果馬達運轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說明你的機器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)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(shù)太多），否則你將無法檢測到障礙物。如果是一個空轉(zhuǎn)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(qū)動而是通過裝置的運動帶動它:在驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)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(shù)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(tǒng)，如果速度超出了其指定范圍，RCX就會丟失一些數(shù)據(jù)。Steve Baker用實驗證明過，轉(zhuǎn)速在每分鐘50到300轉(zhuǎn)之間是一個比較合適的范圍，在此之內(nèi)不會有數(shù)據(jù)丟失的問題。然而，在低于12rpm或超過1400rpm的范圍內(nèi)，就會有部分數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內(nèi)時，RCX也偶會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題。
[1]
角度傳感器在軍事上的應用大家熟知的火炮是利用火藥燃氣壓力等能源拋射彈丸，口徑等于和大于20毫米的身管射擊武器。火炮通常由炮身和炮架兩大部分組成。早在1332年，中國的元朝就在部隊中裝備了最早的金屬身管火炮：青銅火銃。火炮通常由炮身和炮架兩大部分組成。火炮射擊時對炮床傾角的要求很高，利用角度傳感器設計的數(shù)字式象限儀，可明顯提高校正炮床的速度，降低操作難度。角度傳感器是作為炮彈發(fā)射的準確性，穩(wěn)定性提供最大的幫助。大家都知道火炮身管用來賦予彈丸初速和飛行方向，炮尾用來裝填炮彈，炮閂用以關(guān)閉炮膛，擊發(fā)炮彈。如今炮架由反后坐裝置、方向機、高低機、瞄準裝置、大架和運動體，角度傳感器等組成，而反后坐裝置用以保證火炮發(fā)射炮彈后的復位，方向機和高低機用來保證火炮發(fā)射炮彈后復位，方向機和高低機用來操縱炮身變換方向和高低，瞄準裝置由角度傳感器，瞄準具和瞄準鏡組成，用以裝定火炮射擊數(shù)據(jù)，實施瞄準射擊，大架和運動體用于射擊時支撐火炮，行軍時作為炮車。
角度傳感器應用場合
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系列傾角，角度傳感器，距離傳感器，加速度傳感器，以及測量方位用的數(shù)字羅盤，電子羅盤和陀螺儀已經(jīng)廣泛的應用應用于石油，煤炭，鋼鐵，船舶，隧道，醫(yī)療設備，大壩，機械，物探儀器，地質(zhì)，巖土，石油，礦山，管道，測斜導管，鐵路、港口、水利、高層建筑，墻洞，礦井、隧道、船塢、抗滑樁和板樁，煤礦，動態(tài)沖擊實驗，地質(zhì)，衛(wèi)星GPS系統(tǒng)，風水，越野車，航海，實驗儀器,數(shù)字水平儀，醫(yī)療，機械調(diào)平，角度測量和監(jiān)視，汽車，起重機械運動檢測,康復系統(tǒng),生物工程系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實、現(xiàn)實放大,體育,慣性導航系統(tǒng)，人體姿態(tài)測量工業(yè)機械，摩托車陀螺儀，光纖，制導，平衡，導向，方向測量，動態(tài)跟蹤，捷聯(lián)，慣性，導航，方位角，角速度，速率，機械，爆轉(zhuǎn)，測量等行業(yè)。典型應用場合：- 地理: 山體滑坡，雪崩.- 民用: 大壩，建筑，橋梁，玩具，報警，運輸- 工業(yè)：吊車，吊架，收割機，起重機，稱重系統(tǒng)的傾斜補償，瀝青機．鋪路機等。- 火車：高速列車轉(zhuǎn)向架和客車車廂的傾斜測量- 海事：縱傾和橫滾控制，油輪控制，天線位置控制。- 鉆井：精確鉆井傾斜控制。- 機械：傾斜控制，大型機械對準控制，彎曲控制，起重機- 軍用：火炮和雷達調(diào)整，初始位置控制，導航系統(tǒng)，軍用著陸平臺控制。
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Crocus Technology發(fā)布行業(yè)領先的新款TMR角度傳感器
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2020-09-020
參考資料
1.

張愛華, 姚海燕. 角度傳感器在全位置自動焊接系統(tǒng)中的應用[J]. 計算機測量與控制, 2009, 17(12):2426-2428.

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  傳感器角度傳感器

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瑞薩電子與美蓓亞三美聯(lián)合開發(fā)基于旋轉(zhuǎn)變壓器的步進電機控制解決方案

聯(lián)合開發(fā)的具備旋轉(zhuǎn)變壓器（角度傳感器）的步進電機和基于旋轉(zhuǎn)變壓器的電機控制解決方案，具有超高性價比。

2019-12-11
標簽：
  機器人步進電機瑞薩電子

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2018-04-19
標簽：
  自動化系統(tǒng)角度傳感器

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基于0°~360°角度傳感器IC的A1330器件的介紹

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2017-12-27
標簽：
  ic角度傳感器a1330

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Novotechnik推出非接觸CANOpen輸出版本角度傳感器，可測量絕對旋轉(zhuǎn)位置

RFC4800系列角度傳感器利用一個磁性拾音器實現(xiàn)0-360°范圍非接觸式測量。關(guān)鍵性規(guī)格包括IP 69K標準的防液防塵入口保護，14比特分辨率，0.3...

2017-12-04
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  角度傳感器

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Melexis推出MLX角度傳感器：可任意放置，分辨率高達12位角度

Melexis的三軸霍爾傳感器采用了IMC（Integrated Magnetic Concentrator 集磁片）技術(shù)。它可以檢測XYZ三個方向的磁...

2017-12-04
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  角度傳感器melexis

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