湖北杭榮速度傳感器\E820W

上海杭榮速度傳感器\E820W

的用途

的是多少

是用在什么地方

在機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量較多，而且直線運(yùn)動(dòng)速度也經(jīng)常通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度間接測(cè)量。目前使用的速度傳感器是直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，可以將旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。測(cè)速機(jī)要求輸出電壓與轉(zhuǎn)速間保持線性關(guān)系，并要求輸出電壓陡度大，時(shí)間及溫度穩(wěn)定性好。測(cè)速機(jī)一般可分為直流式和交流式兩種。直流式測(cè)速機(jī)的勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)式和永磁式兩種，電樞結(jié)構(gòu)有帶槽的、空心的、盤式印刷電路等形式，其中帶槽式zui為常用。

目錄

1  加速度傳感器的工作原理2  速度傳感器的檢查3  無(wú)速度傳感器異步電機(jī)矢量控制方法4  速度傳感器在軌道車輛上的使用

1加速度傳感器的工作原理

　　加速度傳感器MEMS壓力傳感器的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（慣性力）/M（）我們只需要測(cè)量F就可以了。怎么測(cè)量F？用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以 F對(duì)應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。

　　現(xiàn)代科技要求加速度傳感器廉價(jià)、性能越、易于大批量。在諸如、空間系統(tǒng)、科學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域，需要使用體積小、重量輕、的加速度傳感器。以傳統(tǒng)加工方法制造的加速度傳感器難以滿足這些要求。于是應(yīng)用新興的微機(jī)械加工技術(shù)制作的微加速度傳感器應(yīng)運(yùn)而生。這種傳感器體積小、重量輕、功耗小、啟動(dòng)、成本、性、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化。而且，由于微機(jī)械結(jié)構(gòu)制作、重復(fù)性好、易于集成化、適于大批量，它的性能比很?？梢灶A(yù)見在不久的將來(lái)，它將在加速度傳感器中占主導(dǎo)地位。

　　微加速度傳感器有電容式、壓阻式、壓電式等形式。

　　電容式

　　電容型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般也采用彈簧系統(tǒng)。當(dāng)受加速度作用運(yùn)動(dòng)而改變塊與固定電極之間的間隙進(jìn)而使電容值變化。電容式加速度計(jì)與其它類型的加速度傳感器相比有靈敏度、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，尤其是受溫度的影響比較??；但不足之處表現(xiàn)在信號(hào)的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是阻抗信號(hào)源，因此電容傳感器的輸出信號(hào)往往需通過(guò)后繼電路給于改善。在實(shí)際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于頻測(cè)量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器得多。

　　壓電式

　　壓電式傳感器是利用彈簧系統(tǒng)原理。敏感芯體受振動(dòng)加速度作用后產(chǎn)生一個(gè)與加速度成正比的力，壓電材料受此力作用后沿其表面形成與這一力成正比的電荷信號(hào)。壓電式加速度傳感器有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號(hào)不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是被使用的振動(dòng)測(cè)量傳感器。雖然壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，商業(yè)化使用歷史也很長(zhǎng)，但因其性能指標(biāo)與材料特性、設(shè)計(jì)和加工工藝密切相關(guān)，因此在上銷售的同類傳感器性能的實(shí)際參數(shù)以及其穩(wěn)定性和*性差別非常大。與壓阻和電容式相比，其zui大的缺點(diǎn)是壓電式加速度傳感器不能測(cè)量零頻率的信號(hào)。

　　壓阻式

　　應(yīng)變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻測(cè)量電橋，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧系統(tǒng)?，F(xiàn)代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻形式敏感芯體的設(shè)計(jì)有很大的靈活性以各種不同的測(cè)量要求。在靈敏度和量程方面，從靈敏度量程的沖擊測(cè)量，到直流靈敏度的頻測(cè)量都有壓阻形式的加速度傳感器。同時(shí)壓阻式加速度傳感器測(cè)量頻率范圍也可從直流信號(hào)到有剛度，測(cè)量頻率范圍到幾十千赫茲的頻測(cè)量。超小型化的設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。需要指出的是盡管壓阻敏感芯體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有很大靈活性，但對(duì)某個(gè)特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在方面，大批量使用的壓阻式傳感器成本價(jià)有很大的競(jìng)爭(zhēng)力，但對(duì)特殊使用的敏感芯體制造成本將遠(yuǎn)于壓電型加速度傳感器。

2速度傳感器的檢查

　　速度傳感器檢查圖如圖所示。1端子接電源正極，2端子接電源負(fù)極。轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器芯軸B，2、3端子應(yīng)接通4次（曲軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)）。當(dāng)不符合要求時(shí)，應(yīng)更換速度傳感器。

3無(wú)速度傳感器異步電機(jī)矢量控制方法

　　1　引　言

　　在性能的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是*的。通常，采用光電碼盤等速度傳感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，并反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)。但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來(lái)一些缺陷：系統(tǒng)的成本大大增加；精度越的碼盤也越貴；碼盤在電機(jī)軸上的安裝存在同心度的問(wèn)題，安裝不當(dāng)將影響測(cè)速的精度；電機(jī)軸上的體積增大，而且給電機(jī)的維護(hù)帶來(lái)一定困難，同時(shí)破壞了異步電機(jī)的簡(jiǎn)單堅(jiān)固的特點(diǎn)；在惡劣的環(huán)境下，碼盤工作的精度易受環(huán)境的影響。因此，越來(lái)越多的學(xué)者將眼光投向無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)的研究。國(guó)外在20世紀(jì)70年代就開始了這方面的研究，但次將無(wú)速度傳感器應(yīng)用于矢量控制是在1983年由R．Joetten完成，這使得交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展又上了一個(gè)新臺(tái)階，但對(duì)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究仍在繼續(xù)。

　　2　無(wú)速度傳感器的控制方法

　　在近20年來(lái)，各國(guó)學(xué)者致力于無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)的研究，無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的發(fā)展始于常規(guī)帶速度傳感器的傳動(dòng)控制系統(tǒng)，解決問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)是利用檢測(cè)的定子電壓、電流等容易檢測(cè)到的物理量進(jìn)行速度估計(jì)以取代速度傳感器。重要的方面是如何準(zhǔn)確地獲取轉(zhuǎn)速的信息，且保持較的控制精度，滿足

　　實(shí)時(shí)控制的要求。無(wú)速度傳感器的控制系統(tǒng)檢測(cè)硬件，免去了速度傳感器帶來(lái)的種種麻煩，提了系統(tǒng)的性，降了系統(tǒng)的成本；另一方面，使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電機(jī)與的連線，使得采用無(wú)速度傳感器的異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用更加。外學(xué)者提出了許多方法。

　?。?）動(dòng)態(tài)速度估計(jì)法　主要包括轉(zhuǎn)子磁通估計(jì)和轉(zhuǎn)子反電勢(shì)估計(jì)。都是以電機(jī)模型為基礎(chǔ)，這種方法算法簡(jiǎn)單、直觀性強(qiáng)。由于缺少*校正環(huán)節(jié)，的能力差，對(duì)電機(jī)的參數(shù)變化敏感，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，加上參數(shù)辨識(shí)和誤差校正環(huán)節(jié)來(lái)提系統(tǒng)抗參數(shù)變化和的魯棒性，才能使系統(tǒng)獲得良好的控制效果。

　?。?）PI自適應(yīng)法　其基本思想是利用某些量的誤差項(xiàng)，通過(guò)PI自適應(yīng)獲得轉(zhuǎn)速的信息，一種采用的是轉(zhuǎn)矩電流的誤差項(xiàng)；另一種采用了轉(zhuǎn)子q軸磁通的誤差項(xiàng)。此方法利用了自適應(yīng)思想，是一種算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果良好的速度估計(jì)方法。

　　（3）模型參考自適應(yīng)法（MRAS）　將不含轉(zhuǎn)速的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速的模型作為可調(diào)模型，2個(gè)模型有相同物理意義的輸出量，利用2個(gè)模型輸出量的誤差構(gòu)成合適的自適應(yīng)律實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)可調(diào)模型的參數(shù)（轉(zhuǎn)速），以達(dá)到控制對(duì)象的輸出跟蹤參考模型的目的。根據(jù)模型的輸出量的不同，可分為轉(zhuǎn)子磁通估計(jì)法、反電勢(shì)估計(jì)法和無(wú)功功率法。轉(zhuǎn)子磁通法由于采用電壓模型法為參考模型，引入了純積分，速時(shí)轉(zhuǎn)子磁通估計(jì)法的改進(jìn)，前者去掉了純積分環(huán)節(jié)，改善了估計(jì)性能，但是定子電阻的影響依然存在；后者消去了定子電阻的影響，獲得了更好的速性能和更強(qiáng)的魯棒性?？偟恼f(shuō)來(lái)，MRAS是基于穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的參數(shù)辨識(shí)方法，了參數(shù)估計(jì)的漸進(jìn)收斂性。但是由于MRAS的速度觀測(cè)是以參考模型準(zhǔn)確為基礎(chǔ)的，參考模型本身的參數(shù)準(zhǔn)確程度就直接影響到速度辨識(shí)和控制系統(tǒng)的成效。

　?。?）擴(kuò)展卡爾曼濾波器法　將電機(jī)的轉(zhuǎn)速看作一個(gè)狀態(tài)變量，考慮電機(jī)的五階非線性模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器法在每一估計(jì)點(diǎn)將模型線性化來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)速，這種方法可有效地抑制噪聲，提轉(zhuǎn)速估計(jì)的度。但是估計(jì)精度受到電機(jī)參數(shù)變化的影響，而且卡爾曼濾波器法的計(jì)算量太大。

　?。?）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法　利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電流模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，用誤差反向傳播算法的自適應(yīng)律進(jìn)行轉(zhuǎn)速估計(jì)，網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值為電機(jī)的參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在理論研究還不成熟，其硬件的實(shí)現(xiàn)有一定的難度，使得這一方法的應(yīng)用還處于起步階段。

　　3　結(jié)　論

　　異步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制除以上所提及的方法外，還有轉(zhuǎn)子齒諧波法和頻注入法。雖然辨識(shí)速度的方法很多，但仍有許多問(wèn)題有待解決，如系統(tǒng)的精度、復(fù)雜性和系統(tǒng)的性間的矛盾、速性能的提等。今后無(wú)速度傳感器控制的研究發(fā)展的方向應(yīng)為：提轉(zhuǎn)速估計(jì)精度的同時(shí)改進(jìn)系統(tǒng)的控制性能，增強(qiáng)系統(tǒng)的，抗參數(shù)變化能力的魯棒性，降系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。隨著現(xiàn)代控制理論、微處理器、SP器件以及電力電子開關(guān)器件的迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)性能的無(wú)速度傳感器異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的前景相當(dāng)樂(lè)觀。

4速度傳感器在軌道車輛上的使用

　　概述

　　在軌道車輛上，車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性很大程度上取決于它所采集到的速度信號(hào)的性和精度，而所采集的速度信號(hào)包括當(dāng)前速度值和速度的變化量。在機(jī)車的牽引控制，車輪滑動(dòng)保護(hù)，列車控制，和車門控制過(guò)程中都要涉及到速度信號(hào)的采集問(wèn)題。我們可以發(fā)現(xiàn)在各種軌道車輛中，這個(gè)任務(wù)是由許許多多的速度傳感器來(lái)完成的。

　　在過(guò)去，用來(lái)測(cè)速的傳感器通常性能不穩(wěn)定，而且容易出現(xiàn)故障，經(jīng)常引起車輛事故。主要原因是早期使用的主要是模擬傳感器，而當(dāng)時(shí)使用的數(shù)字傳感器效果也很差。造成上述速度傳感器問(wèn)題的主要原因是軌道車輛應(yīng)用的環(huán)境都極度惡劣。

　　德國(guó) Lenor+Bauer公司經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累，開發(fā)出的多功能的速度傳感器，而且性能非常穩(wěn)定，應(yīng)用于工況惡劣的軌道列車行業(yè)。

　　無(wú)軸承速度傳感器

　　雖然有些軌道列車不用傳感器，但是大多數(shù)的機(jī)車控制系統(tǒng)都要用到速度傳感器。

　　zui常用的速度傳感器類型是雙通道速度傳感器（如圖一，圖二）。該傳感器直接掃描機(jī)車電機(jī)軸上或減速機(jī)上的齒輪，因此，傳感器本身不需要帶軸承。

　　該目標(biāo)測(cè)量齒輪既可以根據(jù)用戶的要求特殊定做，也可以利用設(shè)備中現(xiàn)有的測(cè)量齒輪。

　　該速度傳感器利用磁場(chǎng)調(diào)制原理（如圖三）適用于模數(shù)為1和模數(shù)為3.5 的鐵磁體測(cè)量輪。被測(cè)齒輪的齒的形狀也是一個(gè)重要的因素，因?yàn)樵撍俣葌鞲衅髂軌驕y(cè)量的是方形齒齒輪和帶漸開線齒齒輪。根據(jù)測(cè)量輪的直徑和齒數(shù)，該速度傳感器的分辨率在每圈60個(gè)脈沖到每圈300個(gè)脈沖之間，能滿足一般機(jī)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的要求。

　　這種類型的速度傳感器通常有2個(gè)霍爾傳感器，永磁體，和信號(hào)處理電路組成。當(dāng)速度傳感器掃描旋轉(zhuǎn)的齒輪時(shí)，永磁體的磁場(chǎng)發(fā)生變化。磁場(chǎng)的變化被霍爾傳感器記錄下來(lái)，在電路的比較環(huán)節(jié)被轉(zhuǎn)換成方波，在驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)被放大。

　　然而，霍爾傳感器的性能受溫度影響很大。所以決定速度傳感器的靈敏度和信號(hào)的相位差的因素不只是齒輪的安裝氣隙，還取決于溫度。溫度的影響大大降了傳感器和齒輪之間的安裝氣息的zui大允許值。在室溫下，一個(gè)的模數(shù)為2的測(cè)量齒輪安裝氣隙可以做到2-3mm，但是當(dāng)所需的溫度范圍在-40度到+120度時(shí)，zui大允許氣隙降到了1.3mm。

　　我們通常要求我們的測(cè)量齒輪不但分辨率要，而且體積要小，所以在這種要求下，測(cè)量輪的zui大氣息就越小。模數(shù)是1的分辨率小齒輪的允許zui大氣隙范圍在0.5-0.8mm。

　　對(duì)于設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，傳感器的氣隙,如果速度傳感器要求的安裝氣隙越小，對(duì)設(shè)備整體的設(shè)計(jì)要求就。安裝氣隙允許的范圍小，就限制了被測(cè)電機(jī)外殼的機(jī)械安裝公差和測(cè)量齒輪對(duì)于輸出信號(hào)的允許誤差范圍 。所以，對(duì)于機(jī)車電機(jī)的制造廠家和操作人員來(lái)說(shuō)都愿意選擇安裝氣隙范圍較大的速度傳感器。

　　在實(shí)際操作過(guò)程中，速度傳感器輸出信號(hào)的幅值隨著安裝氣隙的增大而迅速減?。ㄈ鐖D四）。對(duì)于傳感器的商來(lái)說(shuō)，他們需要盡可能的對(duì)信號(hào)幅制進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)對(duì)相位差也要進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。通常的做法是測(cè)出傳感器工作的溫度，從而根據(jù)溫度信息對(duì)相位差進(jìn)行補(bǔ)償，這就是我們通常說(shuō)的溫度補(bǔ)償。但是，這樣做也有兩個(gè)缺點(diǎn)：*，信號(hào)的相位差和溫度并不成線性關(guān)系。，并不是每一個(gè)傳感器的相位差都是一樣的。所以，傳統(tǒng)的傳感器對(duì)溫度的適應(yīng)性有待于提

　　新一代的Lenor+Bauer速度傳感器找到了一種新的方法來(lái)解決傳統(tǒng)傳感的缺點(diǎn)。它采用一種集成的信號(hào)處理器來(lái)調(diào)整信號(hào)的幅值和相位差，從而使傳感器的安裝氣隙增大到原來(lái)的2倍左右。使用這種傳感器，對(duì)于模數(shù)為1的測(cè)量齒輪，安裝氣隙可以到1.4mm,比傳統(tǒng)傳感測(cè)量模數(shù)為2的齒輪的安裝氣隙還要大。而對(duì)于新一代的傳感器，模數(shù)為2的齒輪，安裝氣隙可達(dá)2.2mm。同時(shí)，新一代的傳感器大大提了信號(hào)的。面對(duì)同樣的氣隙波動(dòng)和溫度變換，新傳感器兩個(gè)通道信號(hào)的占空比和相位偏移的穩(wěn)定性是傳統(tǒng)傳感器的3倍。

　　而且，雖然新傳感器的電路較復(fù)雜，但是它的MTBF值比傳統(tǒng)傳感器。新傳感器不僅提供的信號(hào)精度比原，而且信號(hào)的可用性也比原來(lái)好。

　　這種新的傳感器外形和傳統(tǒng)傳感器相似（如圖五），可以適用于目前實(shí)際使用中的所有車輛。