[发明专利]一种自整角机/旋转变压器的数字转换器转换方案

说明书

技术领域

本发明涉及一种对自整角机/旋转变压器轴角信号数字化处理，把自整角机/旋转变压器信号转换成计算机所需要的数字信号的方案。

背景技术

自整角机在伺服系统中被用作测量角度的位移传感器，还可用以实现角度信号的远距离传输、变换、接收和指示，广泛用于航海、航空、航天系统的跟踪控制，也可用于数控机床和机器人等设备中。

旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，适用于所有使用旋转编码器的场合，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合，被广泛应用在伺服控制系统、机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷、航空航天、船舶、兵器、电子、冶金、矿山、油田、水利、化工、轻工、建筑等领域的角度、位置检测系统中。也可用于坐标变换、三角运算和角度数据传输、作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。

自整角机/旋转变压器作为轴角测量元件，具有测量精度高、结构简单，同其它角度测量方案相比，自整角机/旋转变压器具有明显的优势；在控制领域中，为了适应计算机的信息处理和控制，需要将自整角机/旋转变压器输出的交流电压信号变成数字量。

美国的自整角机/旋转变压器-数字转换器SDC/RDC1740，采用BiMOS技术，使用了微型变压器、高速数字SIN/COS乘法器、误差放大器、相敏解调器、积分器、压控振荡器、可逆计数器，使得成本非常高，且算法较复杂。

在中国的自整角机/旋转变压器-数字转换器技术中：

有的采用基于高压BiMOS工艺的高压集成电路，如申请号为201010126443.7名称为“单芯片的自整角机/旋转变压器-数字转换方案”的中国专利中，由可修调固态控制变压器电路、交流误差放大电路、高通滤波电路、相敏解调电路、二阶积分电路、压控振荡电路、计数电路和电平转换电路组成，存在下述问题：电路结构过于复杂；使用多级放大器串联，每级放大器都存在零点漂移和温度漂移，串联后，漂移被逐渐放大；使用二阶RC高通滤波器，电容会造成相位偏移，自整角机/旋转变压器都同时输出多路信号，对各路信号同时处理时，各路电容参数很难达到一致，且没有对电容进行修调，电容误差较大，增大了角度的测量误差；该电路中没有隔离放大器，在长距离传输中，电路受到干扰，可能产生瞬间高压，容易损坏电路。

有的采用基于CMOS工艺的低压集成电路，如申请号为200810013440.3，名称为“高精度CMOS集成电路自整角机/旋转变压器-数字转换技术”的中国专利中，其电压只有±5V，输入信号的幅度较小，转换精度低，由于包含多个部分，电连结构较复杂，稳定性差，输出数据功能单一，固态控制变压器电路采用开关电容技术，具有开关噪声。

有的采用分体式结构，往往存在体积大、集成度低、可靠性差等缺陷，不能在实时跟踪系统等高精度要求的场合中应用，不利于角度测量及控制领域中的推广使用。

因此，需要迫切的解决上述问题，提供一种成本低、电路简单、精度较高、可靠性高的自整角机/旋转变压器数字转换方案。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有技术的不足，提供一种成本低、电路简单、精度高、可靠性高、算法简单的自整角机/旋转变压器的数字转换方案。

本发明解决上述问题采用的方案是：

自整角机/旋转变压器信号经过隔离放大器进行隔离放大。

对于自整角机信号

V_S1＝E₀sinωtsinθ

V_S2＝E₀sinωtsin(θ+120⁰)

V_S3＝E₀sinωtsin(θ+240⁰)

对于旋转变压器信号

V_S1-S3＝E₀sinωtsinθ

V_S2-S4＝E₀sinωtcosθ

参考电压信号均为

V_R＝Esinωt

其中：ω是激励信号的角频率，θ为自整角机/旋转变压器的轴角，E₀和E分别是信号电压和参考电压的最大值。

对于自整角机，若把S₃作为公共端，只需要S₁、S₂两端输出的电压信号：