雙冗余位置傳感器采樣誤差原因分析

何雨昂 曹英健 樊茜 龍海峰 王懷俠

摘要

在某些嚴苛應用場合下，使用兩路傳感器測量一個信息，同時使用雙點雙線方式與應用電路連接，即設計為雙冗余方式。經(jīng)過反復試驗與測試，若雙冗余傳感器在連接時一個傳感器的連接部分引入多余物，可導致雙元余傳感器在采集過程中出現(xiàn)誤差。本文通過計算分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

【關鍵詞】雙兄余誤差 傳感器 誤差

1 引言

在對長度類物理量進行測量時，往往使用位移傳感器實現(xiàn)。位移傳感器中又以電阻式位移傳感器最為常見。在某些嚴苛應用場合下，為實現(xiàn)伺服機構實際位移的測量，對一個執(zhí)行機構加裝兩個電阻式位移傳感器;同時所有的供電、信號線均分別連接至采樣單元。

2 異?，F(xiàn)象

雙冗余位置傳感器用于位置伺服系統(tǒng)中。該伺服系統(tǒng)在進行振動試驗時，通過采樣單元采集的位置信息出現(xiàn)毛刺，伺服系統(tǒng)失穩(wěn)。該現(xiàn)象僅與振動相關，即將振動激勵關閉，該現(xiàn)象消失。

如圖1所示，正弦曲線正半周中部反饋線為雙冗余線位移傳感器的反饋曲線。在該曲線的前半部分，對傳感器施加振動;后半部分停止對傳感器施加振動。由該圖可以看出，傳感器的采樣毛刺僅與振動條件的有無相關。

3 原因分析與計算

雙冗余線位移傳感的電路工作原理圖如圖2所示。

等效電路如圖3所示。

設流過R5、R6、R3、R4和八R的電流分別為i1、i2、i3、i4和iAR;R5與R3之間的電壓為Ul，R6與R4之間的電壓為U2;R1至R4、Udc為已知，ΔR、U1和U2為未知，推導U2與ΔR的關系。對于電流，可知以下關系式：

由基爾霍夫定律可知：

可得關于ΔR、U1和U2的方程為：

由（1）式減（2）式，可得出Ul與U2的關系式為：

將U1與U2的關系式帶入（2）式，可知ΔR和U2的關系式為：

通過（3）式可知，U2的電壓波動與AR的波動成反比關系。

令R3=R4=800Ω;R5=R5=200Ω;Udc為10v時，在以上條件下帶入U2的表達式：

取ΔR的變化范圍為0～40歐姆，繪制電阻ΔR與U2的電壓變化范圍如圖4所示。

由圖4可以看出，當ΔR在0歐姆-40歐姆變化時，其輸出電壓的變化范圍在8mV。而在采樣電路的響應精度為1mV。因此該原理與故障現(xiàn)象吻合。

4 結(jié)論

通過以上分析，證明了在雙冗余傳感器中，若其中一個傳感器異常，會導致整個測量結(jié)果出現(xiàn)異常。

參考文獻

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