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为了提高电机控制性能,将功率逆变器和高性能位置、电流检测环路用于功率反馈级是必须的,否则电机性能和效率很难提高。位置和速度编码器反馈正是工业设备提升性能的关键一环。编码器——提供准确的反馈信息众所周知,将变频电压作用域使用脉冲宽度调制的电机,可以实现对电机的开环速度控制,在逆变器处于稳态或缓慢变化的动态条件下,工况也是比较平稳的。很多相对要求不高的应用会使用这种开环的速度控制,不需要编码器,设计相对简单,成本也更低。但是开环控制需要严格的瞬态响应来让电机同步,而且开环控制的缺点也很明显,因为不存在内部的反馈,对速度的控制精度很有限,而且此后操作者对受控对象的变化便不能做进一步的控制,无法优化电流控制来提高电机效率。如果仅仅是低性能的控制,那么开环比却可以胜任为了提高设备效率,闭环反馈被引入进来。在闭环反馈控制中,存在由输入到输出的信号前向通路,也包含从输出端到输入端的信号反馈通路,两者组成一个闭合的回路。自动控制建立在闭环反馈之上。那如何提供这个闭环反馈信号,答案是编码器。现在应用在高精度位置编码信号链的编码器解决方案非常多。光学传感器、旋变器、线性可变差动变压器(LVDT)和磁传感器(AMR、GMR、TMR、霍尔)等都有相应的应用。这些器件的应用,为驱动器提供了位置信号,驱动器基于这些反馈信号保证电机优良的速度、转矩输出性能。从低到高分辨率的编码器选择一般来说,最高分辨率的编码器使用光学技术的编码器,而中高分辨率的编码器使用磁或光学传感器(磁越来越多)。中低分辨率编码器使用旋变器(旋转变压器)或霍尔传感器。现在磁性编码器的应用很常见,但是要说需要最高分辨率的应用,光电式对比电磁式无疑拥有更高分辨率而且结构更紧凑。光电编码器的精度和分辨率和码道的直接相关,增加码道分辨率和精度就越高。不过码道的增加和光电检测、通孔加工等一系列高精核心技术相关,难度很高。在中高分辨率的应用中,随着磁编码器技术的发展,磁编码的应用已经成为主流。磁编码在以往很多利用光学编码器的应用里展现出了更耐用的特性,很多厂商有专用的感应芯片和解码芯片,为编码器提供ASIC级整体解决方案。不论是AMR、GMR还是TMR都已经能提供极精准且快速响应的位置传感,最普通的霍尔也是性价比很高的选择。在中低分辨率应用里,旋转变压器是很常见的选择,虽然其分辨率上限没有那么高,但是在很多环境相对严苛的工业应用里,它倍受青睐。因为旋转变压器在极端环境条件(如高温以及冲击和振动)下非常可靠,独有的优势也让其应用非常稳定。
编码器——提供准确的反馈信息
从低到高分辨率的编码器选择
艾迈斯欧司朗SFH 7018助力可穿戴设备实现高质量的心率和血氧测量与上一代产品相比,新型SFH 7018红/绿/红外LED可将总辐射强度提高40%以上。产品推出了两个版本,其中一个版本的绿色发射器的辐射强度更是提高一倍以上。内部研究显示,SFH 7018是市场上性能最佳的产品之一;更高亮度的LED与双腔体设计相结合,可提高心率和血氧饱和度测量的准确度;紧凑的尺寸和最佳的LED间距可提高系统性能,更便于集成到最终产品设计中。中国上海,2023年12月11日——全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗今日宣布,发布一款新型多色LED封装产品SFH 7018,辐射强度比上一代产品高出40%以上,可在智能手表、腕带和其他可穿戴设备中提高PPG(光电容积描记)测量的准确度。SFH 7018应用图片(图片:艾迈斯欧司朗)SFH 7018采用高反射率的QFN(方形扁平无引脚)封装,显著提高了光输出。此外,改进的双腔体设计将绿色LED与红色LED和红外(IR)LED分开放置:间距和光学隔离确保相对于光电二极管,光源放置达到最佳效果,并减少绿光(用于心率测量)与红光和红外光源(用于血氧饱和度或SpO2测量)之间的干扰。由于较短波长的交叉激发,绿色芯片不会导致红色和红外芯片发生荧光。表面贴装QFN封装的优化尺寸仅为0.6mm高,便于将该模块集成到任何类型的可穿戴设备中。尽管尺寸紧凑,但SFH 7018提供了双驱动功能,可优化正向电压余度并降低总体功耗。艾迈斯欧司朗的高级系统架构师Sergey Kudaev博士表示:“凭借新型SFH 7018,可穿戴设备制造商可以显著提高心率和血氧测量所依赖的光学信号的质量,使此类测量在所有运行条件下更加准确和可靠。在生命体征测量方面,SFH 7018有助于提高心率、血氧水平甚至更高级参数(如血压)测定的准确度和绝对性。”SFH 7018A产品图片(图片:艾迈斯欧司朗)提高辐射强度,增加信噪比SFH 7018的辐射强度显著提高:与现有产品SFH 7016相比,产品SFH 7018的红色和红外LED亮度提高了40%以上,SFH 7018A版本中的绿色LED亮度提高了80%,而SFH 7018B版本中的绿色LED亮度则提高了一倍以上。在红色、绿色和红外波长各处,SFH 7018的亮度也远远超过了当今性能最好的竞品。由于散射和吸收现象(取决于各种因素),组织中的光信号较微弱,在此基础上,检测光信号微小调制是所有生命体征监测设备面临的一大挑战,因此,LED发出的光量会对系统性能产生极大影响。当更多光线经血流改变后到达光电二极管时,信号质量得以提高,从而提高测量准确度和可重复性。SFH 7018通过向体内发射更多光线,实现了卓越的性能。SFH 7018有两个版本:SFH 7018A针对高电流下的低正向电压进行了优化,无需配备昂贵的升压器即可运行。SFH 7018B针对最大辐射强度进行了优化。SFH 7018B产品图片(图片:艾迈斯欧司朗)目前两个版本均已开始量产。
电位器式传感器是一种常用的传感器,广泛应用于各个领域中。它的工作原理是通过改变电阻值来实现被测量物理量的测量,具有简单、灵敏、精确等优点。我们将从定义、分类、原理、优缺点、应用领域等方面,更好地了解电位器式传感器的基础内容。电位器式传感器定义电位器式传感器是一种基于电位器原理设计的传感器,它可以将物理量(例如温度、压力、位置等)转换为电阻值,并将其输出给接收设备进行处理。通常情况下,电位器式传感器包括一个电阻器和一个可调的滑动触点,当受测物理量发生变化时,滑动触点会移动,从而改变电阻器的电阻值。电位器式传感器分类根据电位器式传感器的结构和工作原理,可以将其分为以下几类:1、线性电位器式传感器:线性电位器式传感器是指输出信号与被测量物理量成线性关系的传感器。线性电位器式传感器通常采用电阻式电位器结构,通过移动游标改变电位器的有效长度,从而改变电阻值,进而实现被测量物理量的测量。2、角度电位器式传感器:角度电位器式传感器是指用于测量旋转角度的传感器,常见的应用场景包括机器人关节角度测量、汽车油门踏板位置测量等。角度电位器式传感器通常采用环形电位器结构,通过旋转旋钮改变环形电位器的有效长度,从而改变电阻值,实现旋转角度的测量。3、微动电位器式传感器:微动电位器式传感器是指通过微小的机械位移来改变电位器的有效长度,从而实现被测量物理量的测量。微动电位器式传感器的优点在于具有高灵敏度和高分辨率,常用于测量微小位移、压力等参数。4、接触式电位器式传感器:接触式电位器式传感器是指通过接触式探头与被测量物体接触,并将位移转化为电信号的传感器。接触式电位器式传感器的优点在于测量精度高,常用于测量硬度、压力、形状等参数。电位器式传感器优点1、简单可靠:电位器式传感器结构简单,操作可靠,容易维护,因此在工业领域得到广泛应用。2、灵敏度高:电位器式传感器输出的电信号大小与受测物理量的大小成正比,具有较高的灵敏度,可以实现较高的测量精度。3、可重复性好:电位器式传感器具有较好的可重复性和稳定性,对于连续测量和长期监测来说,具有较高的精度和可靠性。4、价格低廉:电位器式传感器的制造成本相对较低,价格也较为经济,因此在大批量生产的情况下具有很高的成本优势。电位器式传感器缺点1、需要外部电源:电位器式传感器需要外部电源才能正常工作,这限制了它的使用范围,例如在户外或无法提供电源的环境下使用可能会受到限制。2、精度受到温度变化的影响:由于电位器式传感器的灵敏度较高,因此其输出信号的精度可能受到环境温度的影响,需要进行温度补偿才能获得更高的精度。3、可靠性受到材料的限制:电位器式传感器的可靠性和寿命受到其材料的限制,例如滑动触点材料的磨损可能会导致测量精度下降。4、不能直接测量非电量:电位器式传感器只能测量与电阻值相关的物理量,不能直接测量非电量,例如光、声等。电位器式传感器工作原理电位器式传感器是一种基于电阻变化原理的传感器。其工作原理基于电位器的基本原理,即在一个固定电阻值的电阻器中,一个可调的滑动触点(通常称为“电位器滑动变阻器”)可以在电阻器内部沿着固定电阻器的长度移动,从而改变电路中的电阻值。具体而言,电位器式传感器的工作原理如下:1、传感器中的电阻器:电位器式传感器通常由一个电阻器组成,该电阻器通常是由一系列固定电阻值组成的电阻器条。电阻器条可以是线性的,也可以是非线性的,具体取决于传感器的应用需求。2、传感器中的滑动触点:电位器式传感器中,电阻器条上通常有一个可调的滑动触点,也称为电位器滑动变阻器。该滑动触点可以在电阻器条的长度方向上移动,从而改变电阻器的电阻值。3、物理量的变化:当受测物理量(如温度、压力、位移等)发生变化时,电位器式传感器的滑动触点会相应地移动,从而改变电阻器的电阻值。4、电路中的电阻值变化:由于电位器式传感器中的电阻值发生了变化,因此电路中的总电阻值也会随之发生变化。5、输出电压的变化:电位器式传感器常常被连接到一个电路中,因此电路中总电阻值的变化会导致电路中电压值的变化。因此,电位器式传感器会输出一个电压信号,该信号的大小与受测物理量的大小成正比。在实际应用中,可以通过连接到一个合适的电路中来处理和解释输出信号,以实现对受测物理量的测量和监测。电位器式传感器应用领域电位器式传感器的应用领域非常广泛,可以涵盖各种需要测量和控制物理量的场合。典型的应用包括工业自动化控制、汽车工业、医疗器械、机器人技术、航空航天领域以及冶金、石化、煤炭等工业领域,随着科技的发展,电位器式传感器的应用领域还将不断扩展和深入。
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