Сенсорные устройства мехатронных и робототехнических систем
К сенсорным устройствам относятся:
-Локационные системы
- Системы технического зрения
-Тактильные датчики
Локационные системы
Понятие и общие сведения о локационных системах
Локационные информационные системы (ЛС) относятся к устройствам бесконтактного действия и реализуют бионическую функцию слуха. В робототехнике и мехатронике ЛС используют для определения координат и скорости объектов в задачах управления и навигации, для обеспечения необходимой траектории движения исполнительного механизма вблизи границы раздела сред, а также в качестве средств безопасности. . Отдельной областью их применения является определение свойств среды распространения. Во всех случаях преобразователи ЛС являются датчиками среды.
ЛС подразделяют по трем основным признакам:
· по физической природе носителя информации — электромагнитные, акустические, оптические, пневматические, электрические и магнитные;
· по способу локации — активные и пассивные;
o Активные ЛС регистрируют отраженный эхо-сигнал, в то время как пассивные воспринимают собственное излучение объекта. Примером активной ЛС является акустический дальномер, пассивной — вихретоковая система.
· по типу модулирующей функции — непрерывные и импульсные.
Теоретические основы локации
Движение волны, представляющее собой колебательный процесс распространения возмущения в некоторой среде, происходит с конечной скоростью с и описывается волновым уравнением вида:
|
|
|
,
где u — амплитуда возмущения; х, у, z — ортогональные оси координат.
В волновой теории наиболее известным является частотное уравнение:
Механизм распространения волн в среде связан с явлениями отражения, дифракции, рефракции (искривление луча вследствие преломления), поглощения, рассеяния и различен для разных длин волн.
Под затуханием будем понимать некоторую интегральную характеристику, которая связана с потерей энергии колебаний в среде, приводящей к ослаблению амплитуды сигнала.
Теоретически затухание длится бесконечно долго, однако на практике колебательный процесс считают закончившимся, если его амплитуда составляет 1% от начальной, т. е. =0,01, или х = 4,6/ζ.
Зная коэффициент затухания, можно определить глубину проникновения электромагнитных волн в среду. Так, для морской воды коэффициент затухания
ζ.= 
— , где μ,ρ — соответственно магнитная проницаемость и удельное электросопротивление морской воды; 
— магнитная постоянная. Глубина проникновения δ, при которой амплитуда сигнала уменьшается в с раз, определяется выражением δ= 1/е.
|
|
|
В инженерных расчетах для определения затухания сигнала также используют интегральный параметр, называемый коэффициентом ослабления
,
где Р пр, Ризл — мощность сигнала на входе приемника и на выходе излучателя соответственно.
Ослабление сигнала зависит от расстояния между приемником и излучателем (или объектом) и свойств среды.
Эффективность ЛС в значительной степени определяется надежностью локации (точностью обнаружения сигнала, помехоустойчивостью связи и др.) и дальностью ее распространения. Поэтому при посылке информационных сигналов используют направленные модулированные излучения.
Направленность излучателя (приемника) ЛС — это свойство, заключающееся в наличии некоторой пространственнойизбирательности, т. е. способности излучать (принимать) волны в одних направленияхв большей степени, чем в других.
Направленность излучателя (приемника) ЛС описывается двумя параметрами:
· характеристикой направленности
· коэффициентом концентрации.
Характеристикой направленности преобразователя называется выражение вида
D(r) = P(r)/Р(r0),
где Р(r), Р(r0)— мощности фиксируемых на одинаковом расстоянии от центра преобразователя сигналов в направлениях, характеризуемых радиус-векторами r и r о соответственно. Обычно радиус-вектор го выбирают таким, чтобы его направление совпадало с направлением максимума излучения или максимума чувствительности.
|
|
|
Диаграмма направленности в полярной (а) и в декартовой (б) системах координат (ОА — направление главного максимума, 60707 — угловая ширина главного максимума по уровню 0,707)
Диаграмма направленности характеризуется: главными и добавочными максимумами (лепестками); угловой шириной главного максимума; отношениями амплитуд добавочных максимумов к главному.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 836; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!