何雨昂 曹英健 樊茜 龍海峰 王懷俠

摘要

在某些嚴(yán)苛應(yīng)用場(chǎng)合下，使用兩路傳感器測(cè)量一個(gè)信息，同時(shí)使用雙點(diǎn)雙線方式與應(yīng)用電路連接，即設(shè)計(jì)為雙冗余方式。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)與測(cè)試，若雙冗余傳感器在連接時(shí)一個(gè)傳感器的連接部分引入多余物，可導(dǎo)致雙元余傳感器在采集過(guò)程中出現(xiàn)誤差。本文通過(guò)計(jì)算分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

【關(guān)鍵詞】雙兄余誤差 傳感器 誤差

1 引言

在對(duì)長(zhǎng)度類(lèi)物理量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，往往使用位移傳感器實(shí)現(xiàn)。位移傳感器中又以電阻式位移傳感器最為常見(jiàn)。在某些嚴(yán)苛應(yīng)用場(chǎng)合下，為實(shí)現(xiàn)伺服機(jī)構(gòu)實(shí)際位移的測(cè)量，對(duì)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)加裝兩個(gè)電阻式位移傳感器;同時(shí)所有的供電、信號(hào)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(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)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(dòng)相關(guān)，即將振動(dòng)激勵(lì)關(guān)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(duì)傳感器施加振動(dòng);后半部分停止對(duì)傳感器施加振動(dòng)。由該圖可以看出，傳感器的采樣毛刺僅與振動(dòng)條件的有無(wú)相關(guān)。

3 原因分析與計(jì)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(shè)流過(guò)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(dǎo)U2與ΔR的關(guān)系。對(duì)于電流，可知以下關(guān)系式：

由基爾霍夫定律可知：

可得關(guān)于ΔR、U1和U2的方程為：

由（1）式減（2）式，可得出Ul與U2的關(guān)系式為：

將U1與U2的關(guān)系式帶入（2）式，可知ΔR和U2的關(guān)系式為：

通過(guò)（3）式可知，U2的電壓波動(dòng)與AR的波動(dòng)成反比關(guān)系。

令R3=R4=800Ω;R5=R5=200Ω;Udc為10v時(shí)，在以上條件下帶入U(xiǎn)2的表達(dá)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(dāng)ΔR在0歐姆-40歐姆變化時(shí)，其輸出電壓的變化范圍在8mV。而在采樣電路的響應(yīng)精度為1mV。因此該原理與故障現(xiàn)象吻合。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析，證明了在雙冗余傳感器中，若其中一個(gè)傳感器異常，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)異常。

參考文獻(xiàn)

[1]吳俊鵬.汽車(chē)冗余線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性分析[J].上海：信息與控制，2018.

[2]張志偉.機(jī)載電子設(shè)備冗余設(shè)計(jì)與可靠性分析[J].遼寧：光電技術(shù)應(yīng)用，2017.