[实用新型]一种输出PWM波的数字式位移传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感技术领域。 

背景技术

发电机控制根据控制对象的特性及控制目标的要求，需测量某些对象的机械位移或转动角度来实现闭环控制。如水轮发电机组导叶接力器位移、风力发电机组变桨控制机构的桨叶接力器位移或旋转角度。常规位移传感器基本是模拟式的，如直线位置线性电位计，模拟式解析器等，其输出信号是直流电压或直流电流，要经过A/D变换器转换成数字量，且在响应速度、检测精度、稳定性方面存在着一些缺陷。 

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种输出PWM波的数字式位移传感器，使得位移传感器的精度更高、响应速度更快、稳定性更高并且不需要经过A/D转换电路转换。 

技术方案：为了实现发明目的，本实用新型公开了一种输出PWM波的数字式位移传感器，包括包括正交励磁电源单元、正交定子绕组、次级正交转子以及脉冲宽度调制单元；正交定子绕组包括第一正交定子和第二正交定子；正交励磁电源单元在第一正交定子和第二正交定子上形成一对正交励磁电压；正交定子绕组在次级正交转子上产生感应电压；次级正交转子上的感应电压通过脉冲宽度调制单元输出PWM波形。这样的设计相比现有技术中的单相励磁，可以不经过A/D转换器，就能够直接得到位移的数字量，并且精度高且电路更加简单/成本更低，而且线性区间可达到0至360°，大大优于现有技术的0至60°的测量区间近似线性模拟量的电压输出性能。 

所述的正交励磁电源单元包括计数器、D触发器、光电隔离、带通滤波器以及功率放大器；带通滤波器采用由集成运放、RC网络构成的二阶有源带通滤波器，其中心频率f₀=25Hz，品质因数Q等于10；计数器产生方波经D触发器分频、移相产生两路方波，两路方波相差1/4个周期；两路方波分别经过光电隔离、带通滤波器以及功率放大器产生一对正交励磁电压输出。 

所述的脉冲宽度调制单元包括滤波器、放大器、比较器、单稳态触发器、RS 触发器以及计数器；其中滤波器采用由集成运放、RC网络构成二阶有源低通滤波器，其截止频率f₀取80Hz。品质因数Q取0.1；正弦正交励磁电压通过滤波器、放大器、比较器、单稳态触发器形成方波输出到RS触发器的S端；次级正交转子上的感应电压通过滤波器、放大器、比较器、单稳态触发器形成方波输出到RS触发器的R端；RS触发器的输出端输出PWM波形。 

有益效果：本实用新型与现有技术相比，可以不经过A/D转换器，就能够直接得到位移的数字量，并且精度高且电路更加简单/成本更低，而且线性区间可达到0至360°，大大优于现有技术的0至60°的测量区间近似线性模拟量的电压输出性能。 

附图说明

图1为本实用新型的数字式位移传感器的构造图；

图2为本实用新型的数字式位移传感器的正交励磁电源单元；

图3为本实用新型的数字式位移传感器的脉冲宽度调制单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。 

如图1所示，本实用新型的数字式位移传感器包括正交定子绕组1、次级正交转子2，其中正交定子绕组1包括第一正交定子11和第二正交定子12；第一正交定子11和第二正交定子12接入一对正交励磁电源，其中第一正交定子11接入第一正交励磁电源u₁=Asinωt，第二正交定子12接入第二正交励磁电源u₂=Acosωt；次级正交转子2产生感应电压u₃=KAsinωtcosθ+KAcosωtsinθ，其中θ为对应机械位移转换的旋转变压器的旋转角度，K为定子和转子绕组变比；将感应信号通过相应电路变换得到PWM（脉冲宽度调制）信号，再通过计数器的时钟对其脉冲宽度进行计数换算成对象的机械位移或旋转角度。由此可见，这样构造的数字式位移传感器不需经A/D变换器，可直接得到位移的数字量，精度高，成本低，线性区间可达0～360°，大大优于常规旋转变压器在60°的测量区间近似线性模拟量电压输出的性能。它是一个快速的数字随动系统，属于无静差系统，对提高控制对象的性能起着非常重要的作用。