[发明专利]一种基于双电位器的无死区角度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于电位器的角度测量技术，具体涉及一种基于双电位器的无死区角度测量装置及测量方法。

背景技术

电位器(Potentiometer)是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。角度测量装置采用单圈或多圈电位器作为传感器件，利用电阻分压将角位置信号转化为模拟信号，再通过单片机控制采样过程，将模拟信号转化为数字信号，再将角度值在显示器件上显示出来。

如图1为普通单电位器测量角度的原理图，环状电阻器1的两端接电压Vcc和接地，当可转动的滑动器2在环状电阻器1上转动时，通过测量滑动器2上直流电压输出大小V，可以计算出滑动器转动的角度φ：

φ=Vk---(1)]]>

其中k为电阻器的角度分压系数。

但是从图1可以看出，由于环状电阻器不是封闭的，必然存在一段角度θ的死区部分无法测量。同时由于电阻器两端靠近端点部分的测量精度不高，应该尽量避免使用环状电阻器两端靠近端点的部分测量滑动器的转动角度。

现在也有基于电位器的360度无死区角度测量，例如TCH35角度传感器0-5V输出电位器360度全量程电位器无死角这样的产品，但是这种电位器存在体积大，质量重，测量精度不高等问题。

发明内容

本发明的目的在于，基于双电位器死区相互覆盖的原理，设计一种体积较小，重量较轻，高精度的360度无死区角度测量装置及测量方法，可以运用在微型机电产品上的角度测量，例如微型机器人关节旋转角度测量。

本发明提供的一种基于双电位器的无死区角度测量装置，包括第一电位器和第二电位器。，两个电位器的位置相对固定。第一电位器包括第一电阻器和第一滑动器，第二电位器包括第二电阻器和第二滑动器。两个电位器的滑动器共用同一个转轴且两个滑动器通过绝缘材料固定连接一起。两个电位器的死区部分互不覆盖。

相应地，基于上述的角度测量装置，本发明提供的基于双电位器的无死区角度测量方法，具体如下：标记两个滑动器共用转轴的中心为O，第一电阻器和第二电阻器接地的一端分别标记为A和G；设选用第一滑动器的输出电压范围为[V_min,V_max]；设第一滑动器的输出电压为V_min时，第一滑动器在第一电阻器上的点为B，同时第二滑动器在第二电阻器上的点为F；设第一滑动器的输出电压为V_max时，第一滑动器在第一电阻器上的点为C，同时第二滑动器在第二电阻器上的点为E；标定第一滑动器输出电压为V_min时，测量的角度φ为0。

(1)测量获得∠AOB和∠EOG，为：其中k₁和k₂分别为第一电阻器和第二电阻器的角度分压系数，电压V_EOG为第二滑动器在E点处的输出电压。

(2)获取第一滑动器的输出电压V₁，判断V₁是否满足不等式：V_min≤V₁≤V_max；若满足，确定角度φ=V1k1-∠AOB;]]>

若不满足，获取第二滑动器的输出电压V₂，确定角度