Здравствуйте!


Стоит такая задача: необходимо измерить угол поворота вокруг оси.
Представьте, есть прибор (датчик размещен в нем), который закрепляется на этой оси, затем начинаем его поворачивать и сразу мерить угол поворота.
Подскажите, какой датчик (гиросоп, магниторезистивный датчик?) подойдет для этого? Диапазон измерения -/+45 градусов.

http://www.austriamicrosystems.com/03produ...5043/AS5043.htm

Меня прежде всего интересует вопрос - возможно ли решить данную задачу, используя только простые датчики - магнитные, акселерометры... Нужно простое и дешевое решение - датчик (или группа датчиков) с аналоговым выходом.

Предложенный вариант (стоимость порядком 6 баков плюс магнит) имеет аналоговый выход.
Поставь проволочный потенциометр - тоже практикуется.
И вообще, стоило бы точнее формулировать задачу - на сколько точно измерять начальное положение, отклоненеие, плывучесть от температур, влаги и т.д., тряска, грязь, надёжность и прочая в условиях эксплуатации

Поясните, пожалуйста: "....прибор (датчик размещен в нем), который закрепляется на этой оси, затем начинаем его поворачивать и сразу мерить угол поворота." Поворот- понятие относительное.Относительно чего?

Есть электронный гаечный ключ. При затяжке гайки необходимо определять на какой угол ее повернули.
Относительно условий эксплуатации: датчик находится в сухом герметичном корпусе, температура - прибор эксплуатируется в заводском помещении, т.е. к температурным перепадам тоже мягие требования. Точность измерения ~ 0.1 градуса.
Изучая этот вопрос, я столкнулся с такими проблемами:
1) Гироскоп - стоимость ~ 30$, analog devices
2) Магниторезистивные дачтики - необходимо закреплять постоянный магнит на оси поворота, что не представляется возможным в данных условиях.

Здесь меня интересуют принципиальные идеи того, как с помощью существующих дачтик решить поставленную задачу, по возможности, минимизируя стоимость. Спасибо

http://www.symmetron.ru/suppliers/sensors/sensors.shtml
http://analog.com.ru/Public/gyro.pdf

пьезогироскопы производства Murata используем для этой цели.
К тому-же Вы не сообщили, какова должна быть погрешность.
Смотрите по приведенным ссылкам.

Я хотел принципиальную идею.
-------------------------------------

Спасибо! Это то что нужно.

Хотя нет, не пойдет, гироскопы дороги для этого дела. Есть ли еще варианты, без применения гироскопа? Точность нужна порядка 1-10 минут.

Простите за любопытство, но обычно измеряют момент затяжки гайки, а не угол поворота.
В чем особенность Вашей гайки?

Момент мы уже измеряем, теперь нужно угол знать. Вообще, это нужно для подтяжки гаек...

путем интегрирования столь малых угловых скоростей с датчика угловой скорости (коими являются микроэлектромеханические гироскопы), с которыми тянется гайка точность 6 минут мне представляется практически недостижимой.
На мой взгляд, надо что-нибудь опорное механическое,+ энкодер.
Магнитные методы без предварительной калибровки вряд ли дадут такую точность - вокруг железо и железо каждый раз разное .

Скажите, какой точности РЕАЛЬНО удастся добиться, интегрируя угловую скорость? Без привлечения дополнительных ухищрений, т.е., используя серийный гироскоп, например, фирмы Analog Devices - ADXRS300 ?
Насчет магнитых датчиков согласен с Вами.

Для того, чтобы прикинуть РЕАЛЬНУЮ ошибку, нужны дополнительные данные, а именно:
- характерное время интегрирования угловой скорости (данный гироскоп НЕ является датчиком угла);
- уровень и спектральный состав виброускорений в точке установки датчика;
- диапазон угловых скоростей платформы.

Навскидку: об идее получить точность в 6 угловых минут на ADXRS300 за время измерения порядка секунды придётся забыть; реальная ошибка будет более чем на порядок выше.
Мурата - вообще отстой. Они пьезо, вибрация на них влияет жутко, да и шумы - выше крыши.
Для более-менее приемлемого решения этой задачи нужны именно датчики угла, как уже и заметили выше. Но не магниторезистивные.
Есть такие штуки - сельсины. Может, они пригодятся.

М-с ADXL105AQC; AD минута осреднения, без вибраций угол 0.1 град
Реальный результат
штуки - сельсины сложны в использовании, дороги, но хороши

Владимир, уважаемый, а о каких приборах Вы вообще пишете? При чём здесь акселерометры? Здесь речь идёт о датчиках угла поворота , для гайковёрта.

Кстати, результат Ваших измерений говорит только о плохом качестве датчика.

Ясно, но, думаю, легче будет на практике проверить результат.
Еще такой вопрос - какие аналоги есть у серии ADXR? Нужен гироскоп на 3.3V.

Упоминание слов "вибрация" и "сельсин" спутало.
Вспомнились проблемы при созданиии каротажной станции.
По сельсину глубина зонда определяется. Точность превосходная

В расширении темы Отсюда и акселерометры.
Хотя автор спрашивал вообще на каких датчиках можно построить исмеритель угла доворота (поворота)
Формально можно и на акселерометрах, только нужно ли это -- это другой вопрос.

О качестве датчиков. помолчим. Если они устраивают для как ких либо целей зачем другие.

А разве при закрутке гаек (при том, что датчик момента уже есть) точность в 0.1 градуса так важна?
Если угол 0.1 град. пересчитать в осевое смещение гайки, то вполне вероятно это окажеться каплей в море по сравнению с коэффициентами теплового расширения конструкции, деформацией и т.п.
Как вариант: дискрета 1 градус, датчик - диск с отверстиями по краю 0.25мм с расстоянием до следующего 1мм (по центрам) - т.е. оптика. Потребуется диск диаметром 12 см. Простейшая оптопара.
Если отвестия выполнить в 2 дорожки (в шахматном порядке) то диаметр можно уменьшить.
Если 8 см в диаметре Вас устроит, то в качестве датчика можно использовать банальные CD-R маленькие с небольшой доработкой, конечно.

Мы используем, AXRS150, скорости поворота при закручивании гаек явно меньше 150 градусов/с

"на столе" точность измеряемого угла ~ 1 градус, а если в динамике (у нас- в полете) падает вдвое примерно. Уход в статике (на поворотном столе, скорости до 60 гр/с, ускорения до 30 гр/с^2) составляет 1-2 градуса в минуту, в динамике 3-7. Термокомпенсация индивидуальная по пяти точкам.

Для полетов этого вполне хватает, а вот для гаек- вряд ли .

Имхо механика для привязки "нуля" нужна однозначно. а уж там или оптика, или резистор, или еще много чего можно придумать.

Не понял.
Как вы получаете точность измеряемого угла "на столе" в ~ 1 градус? Как ограниченная точность "на столе" согласуется с дрейфом 1 градус/мин в "статике"?

на столе- это на поворотном столике (платформе)- есть такое устройство для проверки/настройки гироскопов... Точность определяется кратковременным (на промежутке 5-6с) совпадением значений выхода инс и показания датчика поворотного стола. Возможно, применяя более качественные фильтры в интеграторе, можно добиться и большего- но пока устраивает и так. Уход- когда в течении минуты крутим стол туда- сюда с разными скоростями и ускорениями, останавливаем, смотрим уход.

Под "динамикой" я имею в виду условия,( в полете), когда на датчик действуют еще другие ускорения, кроме как в плоскости вращения. возможно также, что влияют и погрешности вычислений проекций других угловых скоростей и неточность перпендикулярной установки датчиков.

Уход в статике связан со смещением нуля гироскопа. 1 градус/мин - вполне соответсвтует параметрам распрстраненных микромеханических датчиков. На поворотном столе у Вас уход 1 градус/5 сек, что говорот о неправильном учете масштабного коэффициента тракта "датчик-фильтр-АЦП". Никаким вылизыванием фильтра эту ошибку не побороть. Цель повышениякачества фильтра должна быть улучшение стабильности и повторяемости его характеристик. А собсно масштабный коэффициент уже калибруется экспериментально, на столе.

Какой у Вас стол? Сами делали, покупали или по наследству из прошлой жизни достался?

дык я и знаю, что в фильтре интегратора проблема, только такая точность устраивает

Стол по наследству достался он хоть и здоровый, килограмм 15 весит, и надо ему 24 вольта ампер 10 кажется, зато к нему приделан "правильный" энкодер с точностью 0.1 градуса ( хотя может энкодер и точнее, это на выходе дискретность такая, выход угла на rs232 с частотой 100 гц вот задавать вращение приходится вручную потенциометром, ибо делалось для студентов, чтоб руками ручки крутили, а сделать к нему блок управления нормальный- руки не доходят. потом приходится данные обрабатывать. Да, еще можно стол наклонять и крутить под углом , но до проверки правильного расчета проекций руки не доходят - летать надо, мерять некогда

Щас посмотрел в интернете - средняя скорость вращения шпинделя 500 об/мин = 3000 град/сек. Максимальную скорость вращения, которую может измерять аналогодивайсовский МЕМС это 320 град/сек = 53 об/мин. Может у других производителей - предел выше, но все равно больше 600 град/сек я не видел. Т.е. такой шуруповерт будет выглядеть заведомо неубедительно на фоне своих конкурентов....

Для измерения угла здесь можно использовать СП5-21, на 45 градусах минуты 2 получите.

Может пригодится датчики типа Heidenhain ERN\ECN 100 серии. Они напоминают бублик (прямоугольный в сечении). Дырка до 50 мм. Можно одеть на выходной вал супергайковёрта. Разрешение до 5000 линий на оборот. Выход стандартный или абсолютный. Наверно есть подобное у других производителей
Дальше встаёт вопрос метода измерения угла - учёт люфта в головке, пороговое значение момента, время воздействия усилия

Предлагаю использовать СКВТ (синусно-косинусный вращающийся трансформатор) типа ВТ-5 и к нему две микросхемы Analog Devices. AD2S90 и AD2S99. Точность примерно 4095 значений на полный оборот 360 градусов. Выход цифровой последовательный. Можно завести в компьютер.

Для этого потребуется СКВТ, AD2S90 и AD2S99, комп. и двуполярное питание +/- 5 В.

Вопрос может будет немного не по теме. Но как происходит обработка сигнала от датчика угла поворота(или угловой скорости), меня интересует сама математика.

Упрощенно: СКВТ имеет обмотку возбуждения и две ортогональные выходные: sin и cos. Возбуждение-обычно синусоида частотой 400 Гц. Вых. напряжения на sin и cos обмотках пропорционально sin и cos угла поворота датчика соответственно. Т. е. Usin= Uв*sin(alpha), Ucos=Uв*cos(alpha). Делим одно на другое- получаем tg(alpha) независящий от напряжения возбуждения. При приближении угла к точкам разрыва ф-и tg(alpha) используется обратное отношение, т.е. ctg(alpha). Дальше вычисление угла- дело техники.

Хотите иметь минутные точности - не забудьте откалибровать СКВТ на оптической делительной головке (ОДГ). Доводилось встречаться с СКВТ класса 0,5 и 0,1. Есть ли точнее - не знаю. Говорите - сложно и дорого? Зато готовая система измерения на СКВТ потом годами работает и хлеба не просит.

А так же не боятся тряски, влаги и грязи- в отличии от оптических энкодеров. В свое время, лет 20 назад усиленно муссировался вопрос о замене СКВТ на оптику в бортовом оборудовании. с виду- красиво, но оптика проигрывает по точности и вышеуказанному. Мне приходилось разрабатывать электронику для СКВТ, погрешность гарантировалась 0,1%, т.е. 21,6'.Использовалась ОДГ в начале, потом разработали контрольное оборудование, которое точно генерирует ортогональные напряжения.

Насчёт не чуствительности к климатическим, мехвоздействиям и помехам (а так же и к спецвоздействиям) - истинная правда.
Использование квадратурных генераторов в качестве замены ОДГ сильно упрощает окончательную настройку. Правда не позволяет учесть технологические погрешности конкретного экземпляра СКВТ и погрешности его установки и выжать из СКВТ всё и немножко больше. У нас для этого "немножко больше" даже использовался т.н. точный канал, представляющий собой ещё один такой же датчик, чисто механически совершающий значительно большее количество оборотов, чем в грубом канале. Здесь ограничение - кинематическая точность редуктора (точнее сказать мультипликатора). Итоговые системы работали безукоризненно. Подозреваю, что продолжают работать и сейчас.
Вывод: изобретать велосипед увлекательно, но не всегда необходимо.

Уточнение:
в мультипликаторах использовались т.н. безлюфтовые зубчатые передачи.

Для таких целей применяются инкрементальные и абсолютные датчики угла поворота - энкодеры, наиболее совершенные модели абсолютных энкодеров обеспечивают точность порядка 0,01 град. Датчики различаются, как одно- так и многооборотные. Детально ознакомиться с этими датчиками можно на русском языке на сайте немецкой фирмы BG electric e.K., выполняющей поставки энкодеров на российский рынок.

Если делать снимки поверхности в процессе затяжки,
то при построении корреляционной функции смещения
неоднородности поверхности можно получить угол поворота.
(метод определения скорости движения частиц по двум фотографиям
сейчас активно используется в диагностике потоков, тот же принцип
лежит в основе оптических мышей)

Тоже занят поиском абсолютных датчиков угла. Склоняюсь к использованию контроллеров AD2S1210 но не могу найти подходящий резольвер. Необходимы малые габариты, желательно чтобы одевались на вал. Если кто знает конкретные модели буду признателен за информацию. Может альтернативные оптические энкодеры или магнитные датчики цифровой выход, разрешение 12 бит на 360 градусов, температурный диапазон -55+85С..

http://www.netzerprecision.com/products.asp

и точность и температурный диапазон...

вот найти бы похожее у нас....!!

А интересно выглядит вот такая фраза в их даташите, как-то непонятно завернули. Заинтриговали блин...

есть грубый и точный отсчет, в каждом 12 бит ADC, результирующий код 17 бит

Заинтересовала модель энкодера F3653 фирмы Kubler (см. вложение). После изучения даташита и прочтения форума остались вопросы.
Подскажите, пожалуйста, по однооборотным абсолютным оптическим энкодерам:

1) Разрешение на выходе (напр. 17 бит) однозначно говорит о том, что с помощью этого энкодера можно мерить 131к положений на круг и получить точность 10" ??? или это просто параметры выходного интерфейса? Например, в одной серии энкодеров по заказу можно получить 13-17 бит. т.е. скорей всего на точность больше 13 бит рассчитывать не стоит? Тогда где узнать реальную погрешность измерения угла поворота для этой серии? Например, у энкодеров GBA2S фирмы Baumer при разрешении 18 бит, есть параметр Absolute Accuracy = ±0.01°.

2) реально ли на оптических энкодерах получить абсолютную точность измерения в 10 секунд?? При диаметре в 58мм (лучше - меньше).

3) какие ньюансы стоит учитывать при использовании оптических энкодеров?