何雨昂 曹英健 樊茜 龙海峰 王怀侠

摘要

在某些严苛应用场合下，使用两路传感器测量一个信息，同时使用双点双线方式与应用电路连接，即设计为双冗余方式。经过反复试验与测试，若双冗余传感器在连接时一个传感器的连接部分引入多余物，可导致双元余传感器在采集过程中出现误差。本文通过计算分析该现象产生的原因。

【关键词】双兄余误差 传感器 误差

1 引言

在对长度类物理量进行测量时，往往使用位移传感器实现。位移传感器中又以电阻式位移传感器最为常见。在某些严苛应用场合下，为实现伺服机构实际位移的测量，对一个执行机构加装两个电阻式位移传感器;同时所有的供电、信号线均分别连接至采样单元。

2 异常现象

双冗余位置传感器用于位置伺服系统中。该伺服系统在进行振动试验时，通过采样单元采集的位置信息出现毛刺，伺服系统失稳。该现象仅与振动相关，即将振动激励关闭，该现象消失。

如图1所示，正弦曲线正半周中部反馈线为双冗余线位移传感器的反馈曲线。在该曲线的前半部分，对传感器施加振动;后半部分停止对传感器施加振动。由该图可以看出，传感器的采样毛刺仅与振动条件的有无相关。

3 原因分析与计算

双冗余线位移传感的电路工作原理图如图2所示。

等效电路如图3所示。

设流过R5、R6、R3、R4和八R的电流分别为i1、i2、i3、i4和iAR;R5与R3之间的电压为Ul，R6与R4之间的电压为U2;R1至R4、Udc为已知，ΔR、U1和U2为未知，推导U2与ΔR的关系。对于电流，可知以下关系式：

由基尔霍夫定律可知：

可得关于ΔR、U1和U2的方程为：

由（1）式减（2）式，可得出Ul与U2的关系式为：

将U1与U2的关系式带入（2）式，可知ΔR和U2的关系式为：

通过（3）式可知，U2的电压波动与AR的波动成反比关系。

令R3=R4=800Ω;R5=R5=200Ω;Udc為10v时，在以上条件下带入U2的表达式：

取ΔR的变化范围为0～40欧姆，绘制电阻ΔR与U2的电压变化范围如图4所示。

由图4可以看出，当ΔR在0欧姆-40欧姆变化时，其输出电压的变化范围在8mV。而在采样电路的响应精度为1mV。因此该原理与故障现象吻合。

4 结论

通过以上分析，证明了在双冗余传感器中，若其中一个传感器异常，会导致整个测量结果出现异常。

参考文献

[1]吴俊鹏.汽车冗余线控转向系统的可靠性分析[J].上海：信息与控制，2018.

[2]张志伟.机载电子设备冗余设计与可靠性分析[J].辽宁：光电技术应用，2017.