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双冗余位置传感器采样误差原因研究

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【摘要】在某些严苛应用场合下,使用两路传感器测量一个信息,同时使用双点双线方式与应用电路连接,即设计为双冗余方式。经过反复试验与测试,若双冗余传感器在连接时一个传感器的连接部分引入多余物,可导致双冗余传感器在采集过程中出现误差。本文通过计算分析该现象产生的原因。

【关键词】双冗余误差传感器误差

1引言

在对长度类物理量进行测量时,往往使用位移传感器实现。位移传感器中又以电阻式位移传感器最为常见。在某些严苛应用场合下,为实现伺服机构实际位移的测量,对一个执行机构加装两个电阻式位移传感器;同时所有的供电、信号线均分别连接至采样单元。

2异常现象

双冗余位置传感器用于位置伺服系统中。该伺服系统在进行振动试验时,通过采样单元采集的位置信息出现毛刺,伺服系统失稳。该现象仅与振动相关,即将振动激励关闭,该现象消失。如图1所示,正弦曲线正半周中部反馈线为双冗余线位移传感器的反馈曲线。在该曲线的前半部分,对传感器施加振动;后半部分停止对传感器施加振动。由该图可以看出,传感器的采样毛刺仅与振动条件的有无相关。

3原因分析与计算

双冗余线位移传感的电路工作原理图如图2所示。等效电路如图3所示。设流过R5、R6、R3、R4和ΔR的电流分别为i1、i2、i3、i4和iΔR;R5与R3之间的电压为U1,R6与R4之间的电压为U2;R1至R4、Udc为已知,ΔR、U1和U2为未知,推导U2与ΔR的关系。对于电流,可知以下关系式:图2:双冗余线位移传感的电路工作原理图图3:双冗余线位移传感的电路等效电路图通过(3)式可知,U2的电压波动与ΔR的波动成反比关系。令R3=R4=800Ω;R5=R5=200Ω;Udc为10V时,在以上条件下带入U2的表达式:取ΔR的变化范围为0~40欧姆,绘制电阻ΔR与U2的电压变化范围如图4所示。由图4可以看出,当ΔR在0欧姆-40欧姆变化时,其输出电压的变化范围在8mV。而在采样电路的响应精度为1mV。因此该原理与故障现象吻合。

4结论

通过以上分析,证明了在双冗余传感器中,若其中一个传感器异常,会导致整个测量结果出现异常。

参考文献

[1]吴俊鹏.汽车冗余线控转向系统的可靠性分析[J].上海:信息与控制,2018.

[2]张志伟.机载电子设备冗余设计与可靠性分析[J].辽宁:光电技术应用,2017.

作者:何雨昂 单位:北京精密机电控制设备研究所

化学传感器杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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