角度傳感器的程序：角度傳感器

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角度傳感器
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本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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。
角度傳感器，顧名思義，是用來(lái)檢測(cè)角度的。它的身體中有一個(gè)孔，可以配合樂(lè)高的軸。當(dāng)連結(jié)到RCX上時(shí)，軸每轉(zhuǎn)過(guò)1/16圈，角度傳感器就會(huì)計(jì)數(shù)一次。往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)增加，轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，計(jì)數(shù)減少。計(jì)數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化角度傳感器時(shí)，它的計(jì)數(shù)值被設(shè)置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復(fù)位。
中文名
角度傳感器
外文名
angular transducer
用    途
檢測(cè)角度
應(yīng)用場(chǎng)合
地理、民用、工業(yè)等
應(yīng)用舉例
吊車，吊架，收割機(jī)等
目錄
1
概述
2
舉例
3
方位角度傳感器
4
應(yīng)用領(lǐng)域
5
應(yīng)用場(chǎng)合
角度傳感器概述
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語(yǔ)音
角度傳感器
你可以很容易的測(cè)出位置和速度。當(dāng)在機(jī)器人身上連接上輪子（或通過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)移動(dòng)機(jī)器人）時(shí)，可以依據(jù)旋轉(zhuǎn)的角度和輪子圓周數(shù)來(lái)推斷機(jī)器人移動(dòng)的距離。然后就可以把距離轉(zhuǎn)換成速度，你也可以用它除以所用時(shí)間。實(shí)際上，計(jì)算距離的基本方程式為：距離=速度×?xí)r間由此可以得到：速度=距離/時(shí)間
角度傳感器舉例
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語(yǔ)音
如果把角度傳感器連接到馬達(dá)和輪子之間的任何一根傳動(dòng)軸上，必須將正確的傳動(dòng)比算入所讀的數(shù)據(jù)。舉一個(gè)有關(guān)計(jì)算的例子。在你的機(jī)器人身上，馬達(dá)以3:1的傳動(dòng)比與主輪連接。角度傳感器直接連接在馬達(dá)上。所以它與主動(dòng)輪的傳動(dòng)比也是3:1。也就是說(shuō)，角度傳感器轉(zhuǎn)三周，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一周。角度傳感器每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)16個(gè)單位，所以16*3=48個(gè)增量相當(dāng)于主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)一周。我們需要知道齒輪的圓周來(lái)計(jì)算行進(jìn)距離。幸運(yùn)地是，每一個(gè)LEGO齒輪的輪胎上面都會(huì)標(biāo)有自身的直徑。我們選擇了體積最大的有軸的輪子，直徑是81.6CM(樂(lè)高使用的是公制單位)，因此它的周長(zhǎng)是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。已知量都有了：齒輪的運(yùn)行距離由48除角度所記錄的增量然后再乘以256。我們總結(jié)一下。稱R為角度傳感器的分辨率（每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)數(shù)值），G是角度傳感器和齒輪之間的傳動(dòng)比率。我們定義I為輪子旋轉(zhuǎn)一周角度傳感器的增量。即：I=G×R在例子中，G為3，對(duì)于樂(lè)高角度傳感器來(lái)說(shuō)，R一直為16.因此，我們可以得到：I=3×16=48每旋轉(zhuǎn)一次，齒輪所經(jīng)過(guò)的距離正是它的周長(zhǎng)C，應(yīng)用這個(gè)方程式，利用其直徑，你可以得出這個(gè)結(jié)論。C=D×π在我們的例子中：C=81.6×3.14=256.22最后一步是將傳感器所記錄的數(shù)據(jù)-S轉(zhuǎn)換成輪子運(yùn)動(dòng)的距離-T，使用下面等式：T=S×C/I如果光電傳感器讀取的數(shù)值為296，你可以計(jì)算出相應(yīng)的距離：T=296×256.22/48=1580 距離（T）的單位與輪子直徑單位是相同的.無(wú)接觸角度傳感器無(wú)觸點(diǎn)角度傳感器，又稱無(wú)接觸電位器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、工程機(jī)械、紡織機(jī)械、造紙印刷機(jī)械、石化設(shè)備、國(guó)防工業(yè)等自動(dòng)控制設(shè)備的水平和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量，也適用于拉絲機(jī)等作張力傳感器。
角度傳感器方位角度傳感器
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語(yǔ)音
方位角又稱地平經(jīng)度，是在平面上量度物體之間的角度差的方法之一。傳感器測(cè)量方位角是從某點(diǎn)的指北方向線起，依順時(shí)針?lè)较虻侥繕?biāo)方向線之間的水平夾角，是一種兩面角，即午圈所在的平面與通過(guò)天體所在的地平經(jīng)圈平面的夾角，以午圈所在的平面為起始面，按順時(shí)針?lè)较蚨攘俊７轿坏亩攘恳嗫稍诘仄饺ι线M(jìn)行，以南點(diǎn)為起算點(diǎn)，由南點(diǎn)開(kāi)始按順時(shí)針?lè)较蛴?jì)量。方位的大小變化范圍為0°～360°，南點(diǎn)為0°，西點(diǎn)為90°，北點(diǎn)為180°，東點(diǎn)為270°。上述這種方位度量是在天文學(xué)中所用的方法。方位角傳感器在跟隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，有著高科技作戰(zhàn)的性能。傳感器測(cè)試系統(tǒng)的信息化是實(shí)現(xiàn)中國(guó)軍隊(duì)裝備現(xiàn)代化建設(shè)主要途徑，當(dāng)務(wù)之急應(yīng)該用高新技術(shù)提升老裝備的性能。這既是提升現(xiàn)有武器裝備的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，又是最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有裝備整體作戰(zhàn)效能的一個(gè)重要因素。我國(guó)現(xiàn)役的炮塔方位角系統(tǒng)中．老型號(hào)較多，大部分沒(méi)有配備自動(dòng)檢測(cè)和錄取設(shè)備。炮塔方位角系統(tǒng)的各種參數(shù)的計(jì)算、數(shù)據(jù)的處理和上報(bào)大多數(shù)由人工進(jìn)行，難以勝任復(fù)雜環(huán)境下快速、準(zhǔn)確采集。為適應(yīng)現(xiàn)代化炮塔方位角系統(tǒng)的要求，必須具有一套自動(dòng)采集和分析能力的完整測(cè)試系統(tǒng)。
角度傳感器應(yīng)用領(lǐng)域
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語(yǔ)音
在程序不僅僅會(huì)用到乘法和除法的數(shù)學(xué)運(yùn)算，還有更多的需要多留心（有關(guān)內(nèi)容我們將在第12章進(jìn)行進(jìn)一步的討論）。
角度傳感器構(gòu)造
使用角度傳感器來(lái)控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡(jiǎn)單：如果馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說(shuō)明你的機(jī)器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，而且非常有效；唯一要求就是運(yùn)動(dòng)的輪子不能在地板上打滑（或者說(shuō)打滑次數(shù)太多），否則你將無(wú)法檢測(cè)到障礙物。如果是一個(gè)空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達(dá)上就可以避免這個(gè)問(wèn)題，這個(gè)輪子不是由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而是通過(guò)裝置的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它:在驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，如果惰輪停止了，說(shuō)明你碰到障礙物了。在許多情況下角度傳感器是非常有用的：控制手臂，頭部和其它可移動(dòng)部位的位置。值的注意的是，當(dāng)運(yùn)行速度太慢或太快時(shí)，RCX在精確的檢測(cè)和計(jì)數(shù)方面會(huì)受到影響。事實(shí)上，問(wèn)題并不是出在RCX身上，而是它的操作系統(tǒng)，如果速度超出了其指定范圍，RCX就會(huì)丟失一些數(shù)據(jù)。Steve Baker用實(shí)驗(yàn)證明過(guò)，轉(zhuǎn)速在每分鐘50到300轉(zhuǎn)之間是一個(gè)比較合適的范圍，在此之內(nèi)不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。然而，在低于12rpm或超過(guò)1400rpm的范圍內(nèi)，就會(huì)有部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問(wèn)題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內(nèi)時(shí)，RCX也偶會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。
[1]
角度傳感器在軍事上的應(yīng)用大家熟知的火炮是利用火藥燃?xì)鈮毫Φ饶茉磼伾鋸椡瑁趶降扔诤痛笥?0毫米的身管射擊武器。火炮通常由炮身和炮架兩大部分組成。早在1332年，中國(guó)的元朝就在部隊(duì)中裝備了最早的金屬身管火炮：青銅火銃。火炮通常由炮身和炮架兩大部分組成。火炮射擊時(shí)對(duì)炮床傾角的要求很高，利用角度傳感器設(shè)計(jì)的數(shù)字式象限儀，可明顯提高校正炮床的速度，降低操作難度。角度傳感器是作為炮彈發(fā)射的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性提供最大的幫助。大家都知道火炮身管用來(lái)賦予彈丸初速和飛行方向，炮尾用來(lái)裝填炮彈，炮閂用以關(guān)閉炮膛，擊發(fā)炮彈。如今炮架由反后坐裝置、方向機(jī)、高低機(jī)、瞄準(zhǔn)裝置、大架和運(yùn)動(dòng)體，角度傳感器等組成，而反后坐裝置用以保證火炮發(fā)射炮彈后的復(fù)位，方向機(jī)和高低機(jī)用來(lái)保證火炮發(fā)射炮彈后復(fù)位，方向機(jī)和高低機(jī)用來(lái)操縱炮身變換方向和高低，瞄準(zhǔn)裝置由角度傳感器，瞄準(zhǔn)具和瞄準(zhǔn)鏡組成，用以裝定火炮射擊數(shù)據(jù)，實(shí)施瞄準(zhǔn)射擊，大架和運(yùn)動(dòng)體用于射擊時(shí)支撐火炮，行軍時(shí)作為炮車。
角度傳感器應(yīng)用場(chǎng)合
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語(yǔ)音
系列傾角，角度傳感器，距離傳感器，加速度傳感器，以及測(cè)量方位用的數(shù)字羅盤，電子羅盤和陀螺儀已經(jīng)廣泛的應(yīng)用應(yīng)用于石油，煤炭，鋼鐵，船舶，隧道，醫(yī)療設(shè)備，大壩，機(jī)械，物探儀器，地質(zhì)，巖土，石油，礦山，管道，測(cè)斜導(dǎo)管，鐵路、港口、水利、高層建筑，墻洞，礦井、隧道、船塢、抗滑樁和板樁，煤礦，動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)，地質(zhì)，衛(wèi)星GPS系統(tǒng)，風(fēng)水，越野車，航海，實(shí)驗(yàn)儀器,數(shù)字水平儀，醫(yī)療，機(jī)械調(diào)平，角度測(cè)量和監(jiān)視，汽車，起重機(jī)械運(yùn)動(dòng)檢測(cè),康復(fù)系統(tǒng),生物工程系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實(shí)、現(xiàn)實(shí)放大,體育,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，人體姿態(tài)測(cè)量工業(yè)機(jī)械，摩托車陀螺儀，光纖，制導(dǎo)，平衡，導(dǎo)向，方向測(cè)量，動(dòng)態(tài)跟蹤，捷聯(lián)，慣性，導(dǎo)航，方位角，角速度，速率，機(jī)械，爆轉(zhuǎn)，測(cè)量等行業(yè)。典型應(yīng)用場(chǎng)合：- 地理: 山體滑坡，雪崩.- 民用: 大壩，建筑，橋梁，玩具，報(bào)警，運(yùn)輸- 工業(yè)：吊車，吊架，收割機(jī)，起重機(jī)，稱重系統(tǒng)的傾斜補(bǔ)償，瀝青機(jī)．鋪路機(jī)等。- 火車：高速列車轉(zhuǎn)向架和客車車廂的傾斜測(cè)量- 海事：縱傾和橫滾控制，油輪控制，天線位置控制。- 鉆井：精確鉆井傾斜控制。- 機(jī)械：傾斜控制，大型機(jī)械對(duì)準(zhǔn)控制，彎曲控制，起重機(jī)- 軍用：火炮和雷達(dá)調(diào)整，初始位置控制，導(dǎo)航系統(tǒng)，軍用著陸平臺(tái)控制。
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環(huán)球網(wǎng)
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微軟解釋了Surface Duo設(shè)備角度傳感器帶來(lái)的獨(dú)特鉸鏈姿勢(shì)
本文轉(zhuǎn)自[cnBeta.COM]；去年10月，微軟發(fā)布了運(yùn)行Android系統(tǒng)的Surface Duo移動(dòng)設(shè)備，全面支持Play Store應(yīng)用。 Surface Duo配備了兩塊5.6英寸顯示屏，而且它可以展開(kāi)成8.3英寸的顯示屏。360度鉸鏈將允許你在各種模式下使用這款...
2020-07-040
互聯(lián)網(wǎng)爆點(diǎn)
時(shí)時(shí)熱點(diǎn)，爆品出擊，網(wǎng)絡(luò)事件，爆料爆點(diǎn)
角度傳感器的工作原理？光電傳感器的工作原理？
角度傳感器的工作原理 ：角度傳感器用來(lái)檢測(cè)角度的。它的身體中有一個(gè)孔，可以配合樂(lè)高的軸。當(dāng)連結(jié)到rcx上時(shí)，軸每轉(zhuǎn)過(guò)1/16圈，角度傳感器就會(huì)計(jì)數(shù)一次。往一個(gè) 方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)增加，轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，計(jì)數(shù)減少。計(jì)數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化角度傳感器時(shí)，它的計(jì)數(shù)值被...
2020-01-040
麥姆斯咨詢
麥姆斯咨詢與傳感科技中國(guó)最佳MEMS合作伙伴
Crocus Technology發(fā)布行業(yè)領(lǐng)先的新款TMR角度傳感器
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，隧道磁阻（TMR）傳感器領(lǐng)先供應(yīng)商Crocus Technology，近日宣布推出了新款突破性TMR角度（2D）磁傳感器CT300，這款器件在寬廣的溫度和電壓范圍內(nèi)都具有極低的角度誤差和極高的穩(wěn)定性，可滿足各種市場(chǎng)需求。CT300采用了Crocus...
2018-11-140
鈞敏科技
技術(shù)開(kāi)發(fā)|方案提供|元器件分銷|技術(shù)服務(wù)
360°角度傳感器-TAD2141
產(chǎn)品說(shuō)明:TAD2141是一種采用TMR（隧道磁阻）技術(shù)，一次旋轉(zhuǎn)360度檢測(cè)的智能角度傳感器。 TAD2141包含兩個(gè)全橋TMR角度傳感器和數(shù)字信號(hào)處理ASIC在一個(gè)封裝。 該TAD2141是一個(gè)預(yù)先校準(zhǔn)的傳感器。 校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)在NVM（非揮發(fā)性存儲(chǔ)器）中，即OTP（一次...
2020-12-280
電動(dòng)邦服務(wù)
電動(dòng)邦科技（北京）有限公司
傾斜角度傳感器，傾斜角度傳感器作用
世界上的萬(wàn)物都會(huì)面臨“更新迭代”的命運(yùn)，我們不可以抗拒。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。那接下來(lái)就和電動(dòng)邦小編一起圍觀傾斜角度傳感器吧。傾...
2020-09-020
參考資料
1.

張愛(ài)華, 姚海燕. 角度傳感器在全位置自動(dòng)焊接系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2009, 17(12):2426-2428.

角度傳感器的程序：角度傳感器的控制系統(tǒng)怎么做啊！

角度傳感器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
硬件電路設(shè)計(jì)
角度傳感器硬件連接圖如圖1所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)平衡板傾斜到使角度傳感器SCA60C處于水平位置時(shí)，Vo端輸出+0.5V的模擬電壓。傳感器SCA60C僅可精確檢測(cè)到0~90度的角度范圍，當(dāng)平衡板轉(zhuǎn)到使角度傳感器與水平面成90度的角度時(shí)，此時(shí)Vo端輸出+5V的模擬電壓。在0~90度的傾角范圍內(nèi)，Vo端輸出的是正比于傾角大小的+0.5~+5V的模擬電壓信號(hào)，當(dāng)平衡板轉(zhuǎn)動(dòng)到使角度傳感器與水平面間的角度從90度到180度的范圍變化時(shí)，輸出端Vo輸出的是從+5V依次變化到+0.5V 的模擬電壓信號(hào)[1][2]，因此通過(guò)測(cè)定傳感器SCA60C輸出端Vo電壓的大小即可確定平衡板與水平面的夾角。
 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，我們選擇4相5線步進(jìn)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電路主要由L297+L298組成，該驅(qū)動(dòng)電路集驅(qū)動(dòng)與保護(hù)于一體。L297是脈沖分配器，只要步進(jìn)電機(jī)A、B、C、D四項(xiàng)依次連接到J1的1、2、3、4各點(diǎn)，且將剩下的一條線接地，L297就會(huì)自動(dòng)的將輸入到端口CW/CCW的脈沖分配給步進(jìn)電機(jī)的各個(gè)相序，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)便可轉(zhuǎn)動(dòng)[3][4]。控制電機(jī)時(shí)只需單片機(jī)通過(guò)I/O口向L297的cw/ccw和clock端發(fā)送控制信號(hào)即可控制它的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路原理如下圖
系統(tǒng)分為兩個(gè)工作模式，工作于模式一時(shí)，可通過(guò)鍵盤模塊預(yù)置一個(gè)角度，主控制器接收到此信息后，通過(guò)控制電
機(jī)控制模塊來(lái)使角度檢測(cè)模塊做出轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作以使平衡板按輸入角度完成傾斜動(dòng)作。同時(shí)，角度傳感器輸出的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送入主控制器，主控制器據(jù)此輸入判定平衡板是否已傾斜到預(yù)置的角度，并據(jù)此來(lái)控制電機(jī)控制模
塊，并且主控制器模塊通過(guò)控制顯示模塊實(shí)時(shí)的顯示平衡板的傾斜角度。通過(guò)按鍵模塊可將系統(tǒng)切換到模式二，模式二的功能是能始終保持平衡板的水平，且能使顯示模塊顯示的內(nèi)容與平衡板聯(lián)動(dòng)，兩種工作可通過(guò)按鍵來(lái)切換。系統(tǒng)使用c8051f00作為控制核心，
128*64作為顯示器，4*4鍵盤來(lái)輸入需要預(yù)置的角度。程序具有角度預(yù)置和自動(dòng)尋找平衡點(diǎn)兩種模式，根據(jù)不同需要選擇，具有友好人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單易懂。
參考資料：

角度的閉環(huán)控制。
做一個(gè)簡(jiǎn)單的比例閉環(huán)，期望值是0°（平衡位置，近似為±1°，視精度要求而定），實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前角度值，作為反饋，與期望值的差距作為誤差，然后將誤差乘上一個(gè)比例系數(shù)K作為驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)指令。正負(fù)決定方向，數(shù)值決定速度。根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)調(diào)節(jié)比例系數(shù)K。

控制精度高嗎   可以用DELTA   RMC 試一下

角度傳感器的程序：角度傳感器的部分基本原理及應(yīng)用示例

描述
角度傳感器在與FPGA 正確配合下能夠幫助工程師打造出無(wú)與倫比的機(jī)械。
自從人類發(fā)明了轉(zhuǎn)輪，我們就希望了解如何通過(guò)改變精度提高轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)效率。在過(guò)去幾個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家和工程師已經(jīng)研發(fā)了許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，期間輪- 軸系統(tǒng)的基本原理得到了廣泛應(yīng)用，從汽車、音量旋鈕、各種機(jī)械形式的齒輪到簡(jiǎn)陋的手推車，幾乎每種機(jī)械系統(tǒng)均采用了這一原理[1]。
經(jīng)過(guò)多個(gè)時(shí)代的探索，人們發(fā)現(xiàn)讓轉(zhuǎn)輪高效運(yùn)轉(zhuǎn)的最重要因素并非轉(zhuǎn)輪本身（為何不徹底改造它呢？），而是轉(zhuǎn)輪的軸角。目前測(cè)量和優(yōu)化軸角的最有效方法是采用角度傳感器。現(xiàn)有許多種角度傳感器都能夠通過(guò)輪軸監(jiān)控和改進(jìn)促進(jìn)輪周效率優(yōu)化；但如果配合使用FPGA，您就能夠取得非常顯著的效果，同時(shí)能夠提高眾多應(yīng)用中的輪軸/ 輪周效率。
在詳細(xì)介紹工程師們?nèi)绾巫罴牙觅愳`思FPGA 達(dá)到上述目的之前，先讓我們簡(jiǎn)單回顧一下角度傳感器的部分基本原理。目前得到廣泛應(yīng)用就是編碼器和分解器這兩類角度傳感器。
編碼器和分解器的類型
編碼器分為增量和絕對(duì)兩個(gè)基本類別。增量編碼器可以監(jiān)控輪軸上的兩個(gè)位置，并且可以在輪軸每次經(jīng)過(guò)這兩個(gè)位置時(shí)產(chǎn)生A 或B 脈沖。獨(dú)立的外部電動(dòng)計(jì)數(shù)器然后從這些脈沖解讀出轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。雖然適用于眾多應(yīng)用，但是增量式計(jì)數(shù)器確實(shí)存在某些不足。例如，在輪軸停轉(zhuǎn)情況下，增量編碼器在開(kāi)始運(yùn)行之前必須首先通過(guò)調(diào)回到某個(gè)指定校準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)自身校準(zhǔn)。另外，增量式計(jì)數(shù)器易受到電氣干擾的影響，導(dǎo)致發(fā)送到系統(tǒng)的脈沖不準(zhǔn)確，進(jìn)而造成旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。不僅如此，許多增量編碼器屬于光電器件 – 如果對(duì)目標(biāo)應(yīng)用有影響，則無(wú)法用于輻射危險(xiǎn)區(qū)域。
絕對(duì)編碼器是監(jiān)控輪軸旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)和方向的傳感器系統(tǒng)。在基于絕對(duì)編碼器的系統(tǒng)中，用戶一般把轉(zhuǎn)輪連接到具有電觸頭或光電基準(zhǔn)的輪軸。在輪軸運(yùn)行時(shí)，基于絕對(duì)編碼器的系統(tǒng)會(huì)記錄旋轉(zhuǎn)和運(yùn)行方向，同時(shí)產(chǎn)生易于轉(zhuǎn)換成代碼（最常見(jiàn)的是二進(jìn)制碼或格雷碼）的并行數(shù)字輸出。絕對(duì)編碼器的優(yōu)勢(shì)在于只需要校準(zhǔn)一次（一般是在工廠中校準(zhǔn)），而無(wú)需每次使用前都校準(zhǔn)。此外，絕對(duì)編碼器一般比其它編碼器更可靠。不過(guò)，絕對(duì)編碼器一般很昂貴，而且它們不利于進(jìn)行并行數(shù)據(jù)傳輸，尤其是在測(cè)量其讀數(shù)的電子系統(tǒng)距離編碼器較遠(yuǎn)情況下。
分解器就其本身而言是一種旋轉(zhuǎn)變壓器—— 一種輸出電壓與其所監(jiān)控的輸入軸角唯一關(guān)聯(lián)的模擬器件。它是一款具有0o~360o 旋轉(zhuǎn)角度的絕對(duì)位置傳感器，其直接連接到輪軸并報(bào)告轉(zhuǎn)速和位置。分解器與編碼器相比有諸多優(yōu)勢(shì)。分解器非常穩(wěn)健可靠，能夠經(jīng)受帶有灰塵、油污、極端溫度、振動(dòng)和輻射的嚴(yán)酷環(huán)境。作為一種變壓器，分解器可以提供信號(hào)隔離以及對(duì)電氣干擾的自然共模抑制。除了這些特性之外，分解器只需要四根線就可進(jìn)行角數(shù)據(jù)傳輸，這使其能夠適用于從重工業(yè)、微型系統(tǒng)到航空航天工業(yè)等各種應(yīng)用。
無(wú)刷分解器得到了進(jìn)一步改進(jìn)，其無(wú)需與轉(zhuǎn)子的滑環(huán)連接。因此，這種分解器更可靠，而且使用壽命更長(zhǎng)。
分解器采用兩種方式獲取與軸角相關(guān)的輸出電壓。在第一種方式中，如圖1 所示的轉(zhuǎn)子繞組由交變信號(hào)激勵(lì)，而輸出來(lái)自兩個(gè)定子繞組。由于定子是以機(jī)械方式定位到正確角度，因此輸出信號(hào)幅度是通過(guò)軸角的三角正弦和余弦關(guān)聯(lián)。正弦與余弦信號(hào)均具有與原始激勵(lì)信號(hào)相同的相位；僅其幅度隨輪軸的旋轉(zhuǎn)通過(guò)正弦與余弦進(jìn)行調(diào)制。
圖1 – 分解器轉(zhuǎn)子激勵(lì)
在第二種方式中，定子繞組由相位正交的交變信號(hào)激勵(lì)。然后在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓。繞組的幅度和頻率固定，但其相移隨軸角變化。
分解器可以放置到需要測(cè)量角度的位置[2]。而電子裝置一般指的是分解器數(shù)字轉(zhuǎn)換器（RDC），可以放置到需要測(cè)量數(shù)字輸出的位置。分解器的模擬輸出（含有輪軸角位置信息）然后經(jīng)RDC 轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。
典型RDC 的功能
一般而言，分解器的兩個(gè)輸出會(huì)應(yīng)用到RDC 的正弦與余弦乘法器[3]。這些乘法器結(jié)合正弦和余弦查找表以及函數(shù)構(gòu)成乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器。圖2 顯示了其功能。
圖2 – 分解器數(shù)字轉(zhuǎn)換器（RDC）方框圖
暫且假設(shè)開(kāi)始時(shí)遞增/ 遞減計(jì)數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)是一個(gè)代表試驗(yàn)角度(trial angle)ψ 的數(shù)值。轉(zhuǎn)換器設(shè)法調(diào)整數(shù)字角度ψ，使其一直等于并跟蹤所測(cè)量的模擬角度θ。
分解器的定子輸出電壓為：
V1=V sinωt sinθ
方程 1
V2=V sinωt cosθ
方程 2
其中θ 是分解器轉(zhuǎn)子的角度。數(shù)字角度ψ 應(yīng)用到余弦乘法器，其余弦乘以V1 得出下式：
V sinωt sinθ cosψ.
方程 3
數(shù)字角度ψ 另外還應(yīng)用到正弦乘法器，乘以V2 得出下式：
V sinωt cosθ sinψ.
方程 4
這兩個(gè)信號(hào)由誤差放大器相減求得出波形的誤差信號(hào)：
(V sinωt sinθcosψ – V sinωt cosθ sinψ)
方 程 5
V sinωt (sinθ cosψ- cosθ sinψ)
方程 6
根據(jù)三角恒等式，其簡(jiǎn)化為：
V sinωt [sin (θ -ψ)]
方程 7
檢測(cè)器采用分解器的轉(zhuǎn)子電壓作為基準(zhǔn)同步解調(diào)此AC 誤差信號(hào)。這會(huì)產(chǎn)生與sin (θ-ψ) 成正比的DC 誤差信號(hào)。
DC 誤差信號(hào)饋送到積分器，其輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)由電壓控制的振蕩器。而VCO 會(huì)導(dǎo)致遞增/ 遞減計(jì)數(shù)器按正確方向計(jì)數(shù)，從而在一次計(jì)數(shù)中產(chǎn)生：
sin (θ-ψ)→0.
方程 8
當(dāng)取得此結(jié)果，則：
θ -ψ→0,
方程 9
因此，
θ=ψ
方程 10
因此，計(jì)數(shù)器的數(shù)字輸出ψ 代表著角度θ。鎖存器可以在不中斷回路跟蹤情況下實(shí)現(xiàn)此數(shù)據(jù)向外部的傳輸。
此電路等效于2 型伺服回路，因?yàn)樗鼘?shí)際上有兩個(gè)積分器。一個(gè)是累計(jì)脈沖的計(jì)數(shù)器；另一個(gè)是位于檢測(cè)器輸出端的積分器。在具有恒定旋轉(zhuǎn)速度輸入的2 型伺服回路中，輸出數(shù)字字連續(xù)跟隨或跟蹤該輸入，而無(wú)需外部導(dǎo)出轉(zhuǎn)換。
RDC 典型實(shí)例：SD-
SD- 是數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DDC）生產(chǎn)的小型低成本RDC。它有兩條具備可編程分辨率控制功能的信道。分辨率編程功能允許選擇10、12、14 或16 位模式[4]。此功能允許低分辨率高速跟蹤或者更高分辨率支持更高精度。由于其大小、成本、精度與多功能性，此轉(zhuǎn)換器適用于高
性能軍用、商用及位置控制系統(tǒng)。
器件的運(yùn)行需要一個(gè)+5V 電壓。轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)對(duì)模擬地為±4V 電壓范圍的速度輸出（VEL A、VEL B），可用于替代轉(zhuǎn)速計(jì)。為兩條信道（/BIT A 與/BIT B）提供兩個(gè)內(nèi)置測(cè)試輸出，以指示信號(hào)丟失（LOS）。
此轉(zhuǎn)換器由三大部分組成：輸入前端、誤差處理器和數(shù)字接口。前端對(duì)于同步器、分解器和直接輸入端有所不同。電子Scott-T 用于同步器輸入，分解器調(diào)節(jié)器用于分解器輸入，而正弦與余弦電壓跟隨器用于直接輸入端。這些放大器可以饋送高精度控制變壓器（CT）。CT 的另一個(gè)輸入是16 位數(shù)字角度ψ，其輸出是兩個(gè)輸入之間的模擬誤差角度或差分角度。CT 采用放大器、交換機(jī)、邏輯電路與電容器以查準(zhǔn)率執(zhí)行SINθ COSψ - COSθ SINψ=Sin(θ-ψ) 的三角函數(shù)計(jì)算。
與常規(guī)精密電阻器相比，這些電容器按查準(zhǔn)率使用，以獲得更高精度。另外，這些電容器（與運(yùn)算放大器一起用作計(jì)算元件）進(jìn)行高速采樣，以消除偏移和運(yùn)算放大器偏差。
DC 誤差處理進(jìn)行積分運(yùn)算，然后得到驅(qū)動(dòng)電壓控制振蕩器的速度電壓。此VCO 與速度積分器結(jié)合在一起構(gòu)成遞增積分器：一種2 型伺服反饋回路。
基準(zhǔn)振蕩器
我們?cè)O(shè)計(jì)中采用的OSC- 功耗振蕩器也是DDC 公司提供。此器件適用于RDC、同步器、LVDT 和感應(yīng)式傳感器應(yīng)用[5]。頻率與振幅輸出可以分別由電容器和電阻器編程。輸出頻率范圍介于400Hz~10kHz 之間，輸出電壓為7Vrms。圖4 顯示了器件的方框圖。
圖3 – SD-方框圖（單信道）
圖4 – OSC-基準(zhǔn)振蕩器方框圖
饋送到分解器和RDC 的振蕩器輸出用作基準(zhǔn)信號(hào)。
FPGA的I/O電壓為3.3V，而RDC的電壓為5V。我們采用電壓收發(fā)器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)器件之間的電壓兼容。
VIRTEX-5 FX30T FPGA 與RDC 接口
我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用賽靈思Virtex?-5 FX30T FPGA [6]。FPGA 的I/O 電壓為3.3V，而RDC 的電壓為5V。因此我們采用電壓收發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)器件之間的電壓兼容。通過(guò)賽靈思提供的GPIO IP 核與FPGA 建立內(nèi)部連接，如圖5 所示。
圖5 – RDC與Virtex-5 FPGA的接口（單信道）
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖5 僅顯示一條具有一個(gè)分解器接口的信道。 您可以在本文件隨附的賽靈思開(kāi)發(fā)板描述（XBD）文件找到RDC 的引腳詳情以及FPGA 對(duì)應(yīng)的專用引腳。 詳情見(jiàn)該文件第一部分。
器件驅(qū)動(dòng)程序詳細(xì)說(shuō)明
在本例中，F(xiàn) P G A 采用2 0 M H z 的外部輸入時(shí)鐘。此FPGA 具有一個(gè)運(yùn)行頻率為200MHz 的PowerPC 440 硬核。RDC 的時(shí)序圖見(jiàn)圖6 與圖7。
圖6 – INHIBIT時(shí)序
圖7 – ENABLE時(shí)序
根據(jù)RDC 的時(shí)序圖，我們開(kāi)發(fā)、測(cè)試并驗(yàn)證了實(shí)際硬件的功能是否正確 [4]。器件驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)際編碼包含在單獨(dú)的XBD 文件中。根據(jù)時(shí)序圖，我們生成了用于回路的所需延遲。在200MHz 運(yùn)行速率下進(jìn)行處理時(shí)，每個(gè)計(jì)數(shù)都對(duì)應(yīng)5 納秒的延遲。
器件驅(qū)動(dòng)程序有三部分編碼：RDC 初始化、控制信號(hào)的生成及從RDC 信道A 的讀取、以及控制信號(hào)的生成及從RDC 信道B 的讀取。RDC 初始化是設(shè)置信號(hào)方向和缺省值的階段。例如，利用以下語(yǔ)句，信號(hào)方向?qū)⒃O(shè)置為從FPGA“輸出”到RDC。
下一個(gè)語(yǔ)句通過(guò)寫入“0x3”來(lái)設(shè)置16 位分辨率（即：拉高）：
圖8 為編碼截屏。注：為了簡(jiǎn)化，我們僅提供一條信道的編碼。
seXGpio_WriteReg(XPAR_INHIBIT_CH_A_
baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01);
for(i=0;i<=5;i++); //gives delay of 25 ns XGpio_WriteReg(XPAR_ENABLE_LSB_ CH_A_BIT_baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01); for(i=0;i<=5;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_INHIBIT_CH_A_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x00); for(i=0;i<=2;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_ENABLE_LSB_CH_A_BIT_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x00); for(i=0;i<=2;i++); lsb_val=XGpio_ReadReg(XPAR_RDC_DATA_15_ TO_0_PINS_baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET); XGpio_WriteReg(XPAR_INHIBIT_CH_A_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01); for(i=0;i<=5;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_ENABLE_LSB_CH_A_BIT_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01); for(i=0;i<=25;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_INHIBIT_CH_A_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01); for(i=0;i<=5;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_ENABLE_MSB_CH_A_BIT_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01); for(i=0;i<=5;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_INHIBIT_CH_A_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x00); for(i=0;i<=2;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_ENABLE_MSB_CH_A_BIT_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x00); for(i=0;i<=2;i++); msb_val=XGpio_ReadReg(XPAR_RDC_DATA_15_ TO_0_PINS_baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET); lsb_val=lsb_val & 0x00ff; msb_val=msb_val & 0xff00; rdccount_cha=msb_val | lsb_val; XGpio_WriteReg(XPAR_INHIBIT_CH_A_ baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01); for(i=0;i<=5;i++); XGpio_WriteReg(XPAR_ENABLE_MSB_CH_A_ BIT_baseADDR,XGPIO_DATA_OFFSET,0x01); for(i=0;i<=20;i++); 圖8- RDC器件驅(qū)動(dòng)程序編碼截屏 我們已經(jīng)看到，角度傳感器可以幫助工程師創(chuàng)造更好的轉(zhuǎn)輪，進(jìn)而設(shè)計(jì)出眾多更高效的機(jī)械裝置。分解器是一種尤為有用的角度傳感器，只要能夠與FPGA 正確配合和控制，其就能夠幫助工程師打造出無(wú)與倫比的機(jī)械裝置。 參考資料 1. 數(shù)據(jù)設(shè)備公司“同步器/ 分解器轉(zhuǎn)換手冊(cè)”。 2. John Gasking,“ 分解器數(shù)字轉(zhuǎn)換器：光電軸角編碼器簡(jiǎn)單低成本替代方案” AN-263, 美國(guó)模擬器件公司 3. Walt Kester,“ 分解器數(shù)字轉(zhuǎn)換器” MT-030, 美國(guó)模擬器件公司 4. 數(shù)據(jù)設(shè)備公司SD- 系列數(shù)據(jù)手冊(cè)。 5. 數(shù)據(jù)設(shè)備公司OSC- 數(shù)據(jù)手冊(cè)。 6. 賽靈思Virtex-5 系列簡(jiǎn)介 打開(kāi)APP閱讀更多精彩內(nèi)容

角度傳感器的程序：角度傳感器簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng) －挑戰(zhàn)杯

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
      本作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：精密角度測(cè)量是幾何量測(cè)量的一個(gè)重要項(xiàng)目，也是計(jì)量科學(xué)中發(fā)展較為完備的一個(gè)分支，用于測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于某基準(zhǔn)方位的絕對(duì)轉(zhuǎn)角或相對(duì)于自身在不同時(shí)刻的相對(duì)轉(zhuǎn)角。
  基本思路：設(shè)計(jì)制作一個(gè)角度傳感器應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)能傾斜顯示角度值，控制傾斜角度，保持水平等功能，a．具有時(shí)時(shí)顯示角度值的功能。b．用鍵盤輸入角度，通過(guò)控制部分（如舵機(jī)）按輸入角度完成傾斜動(dòng)作。C使屏幕顯示與傾斜聯(lián)動(dòng)，d．平衡板部分始終保持水平，測(cè)量?jī)A斜角度值。
  創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵：1.本設(shè)計(jì)中控制部分將采用舵機(jī)代替步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制角度傳感器；2.平衡板部分始終保持水平，測(cè)量?jī)A斜角度值。
  主要技術(shù)指標(biāo)：1.測(cè)量范圍：-90°到90°；2.分辨度：≤0.001°；3.響應(yīng)時(shí)間：＜300ms；4.頻率響應(yīng)：0.5HZ；5.電源電壓:5V;6.工作溫度范圍：－30℃到75℃　;7.貯存溫度范圍：-30℃到75℃；8.準(zhǔn)確度：0.01°、0.02°、0.03°、0.05°、0.1°、0.2°、0.3°。

科學(xué)性、先進(jìn)性
      本系統(tǒng)具有時(shí)時(shí)顯示角度值的功能。當(dāng)從按鈕鍵盤輸入一個(gè)角度值后，經(jīng)過(guò)AT89C51驅(qū)動(dòng)液晶顯示器，然后在顯示器上顯示輸入設(shè)置的角度值（可通過(guò)增加，減小鍵調(diào)到想要的角度），按確定鍵后，送入AT89C51，AT89C51驅(qū)動(dòng)芯片LUN2003A, LUN2003A再驅(qū)動(dòng)步進(jìn)舵機(jī)，步進(jìn)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)角度傳感器AME-B001，該傳感器將0-360°的角度信號(hào)轉(zhuǎn)換成為0-5V的電壓模擬信號(hào)，然后進(jìn)入ADC0809，ADC0809將此模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號(hào)，之后送入AT89C51,經(jīng)過(guò)計(jì)算，驅(qū)動(dòng)YJ-162A液晶顯示器，再顯示器上即可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前角度的顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，主要有：具有分辨率高，溫度穩(wěn)定性好；精度高，即能在小角度測(cè)量時(shí)得到高精度，精度提高使產(chǎn)品尺寸和重量減小，小型化方面問(wèn)題得以解決，動(dòng)態(tài)范圍大，對(duì)關(guān)鍵元件和對(duì)環(huán)境要求不高，可靠性大，易實(shí)現(xiàn)與其它儀器融合等等。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
      本作品于2008年11月在海南大學(xué)由海南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽組委會(huì)舉行的評(píng)審、鑒定、評(píng)比、展示等活動(dòng)后榮獲第二屆“新衛(wèi)杯”海南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽本科組一等獎(jiǎng)。

作品所處階段
     作品處于推廣階段。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
      無(wú)

作品可展示的形式
      以實(shí)物展示。

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
使用說(shuō)明：通過(guò)實(shí)物所顯示的按鍵功能描述進(jìn)行實(shí)用操作。
  該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)為分辨率高，溫度穩(wěn)定性好，精度高，易與其他儀器融合。
  該作品的適用范圍及推廣前景：可廣泛的用于工業(yè)自動(dòng)化的測(cè)量和監(jiān)控系統(tǒng)，尤其適用于機(jī)械變化頻繁，環(huán)境惡劣，要求傳感器使用壽命 長(zhǎng)，可靠性高的場(chǎng)合。具體可應(yīng)用于航空、電子、機(jī)械、紡織、船舶、冶金等行業(yè)。
市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)測(cè)量角度精度高且穩(wěn)定性強(qiáng)，在適用的行業(yè)里會(huì)有良好的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述
精密角度測(cè)量是幾何量測(cè)量的一個(gè)重要項(xiàng)目，也是計(jì)量科學(xué)中發(fā)展較為完備的一個(gè)分支，在過(guò)去的20年中，國(guó)內(nèi)外關(guān)于角度測(cè)量和控制課題的研究所獲得的精度也提高了10倍多。角度測(cè)量技術(shù)分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)煞N，某些靜態(tài)測(cè)量技術(shù)仍然是動(dòng)態(tài)測(cè)量的基礎(chǔ)，一些動(dòng)態(tài)測(cè)角技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量。目前，很多重要的測(cè)控儀器，如陀螺轉(zhuǎn)臺(tái)、慣導(dǎo)平臺(tái)、經(jīng)緯儀、星體跟蹤器、雷達(dá)、導(dǎo)彈發(fā)射架、空間望遠(yuǎn)鏡、高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等系統(tǒng)中一般都需要角度傳感器，用于測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于某基準(zhǔn)方位的絕對(duì)轉(zhuǎn)角或相對(duì)于自身在不同時(shí)刻的相對(duì)轉(zhuǎn)角。隨著測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)要求的測(cè)控精度越來(lái)越高。然而，角度測(cè)量仍然存在各種各樣的問(wèn)題，主要有：精度不夠高或只能在小角度測(cè)量時(shí)得到高精度，精度提高使產(chǎn)品尺寸和重量過(guò)大，全周界絕對(duì)角度測(cè)量裝置的測(cè)量精度不高，小型化方面存在技術(shù)困難，動(dòng)態(tài)范圍小，對(duì)關(guān)鍵元件要求苛刻，對(duì)環(huán)境要求高，可靠性低，不易實(shí)現(xiàn)與其它儀器融合等等。