接觸電阻對傳感器采樣影響分析

何雨昂 徐志書 龍海峰 桑慶宏 樊茜

摘要

本文分析了在工程應用中多余物對產品可靠性的影響，同時解釋了該現象產生的原因;說明了一種多余物引入導致電子產品在特殊條件下發生故障的方式。

【關鍵詞】接觸電隊 傳感器 異常現象

1 引言

在伺服系統中，常使用電阻板片式位置傳感器采集伺服執行機構的實際運動位置。當該傳感器采樣出現擾動時，會導致位置伺服閉環控制異常。該異常現象隨位置伺服變化而變化，在伺服執行機構動作至行程最大值附近時，采樣誤差最為明顯;當伺服執行機構動作至行程最小值附近時，基本檢測不到采樣誤差。本文針對以上現象進行分析，得出該現象的產生原因。

2 伺服系統組成及異常現象

伺服系統控制永磁同步電機轉動，帶動絲杠伸縮，實現位置伺服控制。其原理框圖如圖1所示。

由圖1可以看出，伺服系統由電流傳感器構成內環控制;由旋轉變壓器構成中間環控制;由位置傳感器構成外環控制。內環實現永磁同步電機的出力穩定，中間環實現電機轉速穩定，外環實現位置伺服的精確控制。

若異常存在時，伺服控制驅動器在振動環境下工作，會出現線位移反饋在某些位置抖動的現象，同時伺服系統工作電流增大，母線電壓出現波動。該現象如圖2所示。

伺服控制驅動器控制機電作動器在兩個正弦曲線的運動過程中，控制驅動器全程均在振動環境下，但僅在兩個正半周出現明顯采樣異常現象。

3 原因分析與計算

伺服作動器的線位移通過線位移傳感器采集實際運動位置，供電使用10V，為提高傳感器線性度，在傳感器機械零位增加5V電源。出現該異常現象是由于10V電源連接器位置存在多余物。伺服控制驅動器的電連接器若引入多余物，在靜態下往往不易發現，但在振動環境下，該多余物會導致連接器的接觸電阻在振動過程中增大。伺服控制驅動器位置傳感器的硬件連接關系如圖3所示。

如圖3所示，當電刷采集到的電壓為Ux時，由歐姆定律可知：因此，推導U_x的關系式為：

若不存在ΔR時，其電壓U_x2為：

由于ΔR為異常接觸電阻，其數值可變，因此在接觸良好的條件下不存在ΔR，此時波動電壓ΔUx與電阻的關系式為：

經過簡化為：

由以上關系式中，R為電位計電阻，可認為其為恒值ΔR為接觸電阻，可認為其為恒值。因此可以得出結論：因接觸電阻ΔR變化產生的誤差電壓ΔUx的大小，與電刷采集的電阻Rx成正比關系。

4 計算驗證

極限工況1：電刷位置接近線位移板片端頭時，即Rx約為R，同時設電阻R為1KΩ，假定ΔR為10Ω。

極限工況2：電刷位置接近線位移板片中間位置，假定即Rx約為10Ω，假定ΔR為10Ω。

將以上兩個工況分別帶入ΔUx的關系式，得出的結果如表1所示。

由以上計算可以直觀地看出，當線位移傳感器的電刷接近中間值時，由于接觸電阻導致的誤差電壓不足1mV，但當線位移傳感器的電刷接近最大值，此時所測量的電壓僅增大約1倍，但此時誤差電壓增大了兩個數量級。因此，從原理上可以證明當電刷接近最大值時，所采集的誤差電壓明顯增大的故障現象。

5 結論

通過以上分析，證明電子產品在對接面產生多余物在一定的條件下會導致異常現象，該現象僅與供電回路中一個網絡的阻抗相關。

參考文獻

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