专利名称：单通道多极移相器转角测量方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴转角的测量方法和装置，尤其涉及多极旋转变压器、移相器、自整角机的转角测量方法和装置。
旋转变压器、移相器、自整角机在实际应用中一般作为角度位置的产生和检测元件，其输出是随着转子转角作某种函数变化的电气信号，通常的函数是正弦、余弦或线性，输出信号经过电子线路或计算机进行处理后馈给控制系统或显示电路，再现被测量装置的转角位置。
在目前使用的旋转变压器、移相器、自整角机中有单通道和双通道两种类型。单通道主要用于对测量精度要求不高的场合。在高精度的转角测量系统中，要求测量精度在几个角秒，单通道不能满足这种要求，因此一般采用双通道类型。在双通道旋转变压器、移相器、自整角机中又可分为机械式双通道和电气式双通道。如机械式双通道旋转变压器由粗机和精机经过齿轮变速机构连接，在这类旋转变压器中，机械传动是影响系统测量精度的主要原因。在电气式双通道旋转变压器中，粗机和精机由同一根传动轴连接，没有齿轮变速机构，但是存在“转换区”和“偏置电压”问题，要仔细调试才能避免不稳定零点的产生。因此，双通道旋转变压器在制造、调试和使用上都比单通道旋转变压器复杂，同时造价也高。
本发明的目的在于提供一种单通道多极移相器转角测量方法和装置。该方法和装置采用单通道多极移相器，实现双通道多极移相器的转角测量精度甚至更高，适用于旋转变压器、移相器和自整角机。
本发明的技术解决方案是一种单通道多极移相器转角测量方法，包括多极移相器输入绕组接励磁电路，输出绕组信号经处理电路后输出，多极移相器的励磁电路和信号处理电路接有时钟电路输出信号，信号处理电路包括鉴相电路、角秒产生电路、角度产生电路和转向识别电路，鉴相电路接收移相器输出绕组信号处理电路的输出信号与时钟电路分频后输出的基准相位信号进行相位判别，鉴相电路输出信号分解成角秒信号输出和角度信号输出，其中角秒信号再分解成角秒输出和清零输出，转向识别电路接收输出绕组输出信号与基准相位信号进行相位转换，转换成与转动方向相对应的输出信号，角秒信号和角度信号及转动方向信号馈给计数电路或计算机CPU处理后输出信号在显示器上显示。
所述的计算机CPU处理方法包括以下步骤a．初始化；b．读计数器C0，存计数器C0到R0；c．读计数器C0，判别计数器C0=R0，是，重复c，否，进行下一步；d．读转向端口P1.0，判别P1.0=1，是，进行下一步，否，进行f；e．读转向端口P1.1，判别P1.1=1，是，转到d，否，置加标志位；f．读转向端口P1.1，判别P1.1=1，是，置减标志位；否，转到d；g．读计数器C0，存计数器C0到R1；h．读计数器C1，存计数器C1到R2；i．调角度换算程序；j．调显示程序；一个周期完成后再转到b。
实现本发明方法的装置是时钟电路输出分别接多极移相器输入绕组的励磁电路、鉴相电路和角秒产生电路，励磁电路信号与多极移相器输出绕组信号处理电路输出信号接鉴相电路，鉴相电路输出信号并接角秒产生电路和角度产生电路，角秒产生电路输出角秒信号和清零信号，角度产生电路输出角度信号，励磁电路信号与输出绕组信号处理电路输出信号接转向识别电路，转向识别电路输出转向信号，输出的角秒信号和角度信号及转动方向信号接计数电路或CPU。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的角秒产生电路包括分频电路、门电路、计数电路和清零电路，分频电路输出信号并接门电路和清零电路，清零电路输出接计数电路或接CPU的端口G0，分频电路输出信号和时针电路的角秒产生端分频电路输出信号接门电路，门电路输出接计数电路或接CPU的端口C0。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的角度产生电路包括滤波电路、比较电路和可逆计数器电路，滤波电路输出接比较电路，比较电路输出接可逆计数器电路或CPU的端口C1。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的转动方向识别电路包括转动方向识别电路和可逆计数器电路，转动方向识别电路输出接可逆计数器电路或CPU的端口P1.0和P1.1。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的时钟电路包括时钟振荡电路、励磁端分频电路、角秒产生端分频电路和鉴相端分频电路，时钟电路并接励磁端分频电路、角秒产生端分频电路和鉴相端分频电路，角秒产生端分频电路和鉴相端分频电路分别输出信号。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的励磁电路包括单相驱动电路，励磁端分频电路串接单相驱动电路。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的励磁电路包括分相电路、双相驱动电路和驱动电路，励磁端分频电路串接分相电路，分相电路并接双相驱动电路。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的输出绕组信号处理电路包括隔离电路、滤波放大电路和整形电路，隔离电路串接滤波放大电路，滤波放大电路串接整形电路。
根据上述的单通道多极移相器转角测量装置，所述的输出绕组信号处理电路包括两相信号合成电路、前置放大电路、隔离电路、滤波放大电路和整形电路，两相信号合成电路串接前置放大电路，前置放大电路串接隔离电路，隔离电路串接滤波放大电路，滤波放大电路串接整形电路。
本发明采用给定的时钟电路信号，经过分频后激励单通道多极移相器工作，鉴相电路对输入绕组的励磁电路信号和输出绕组的信号进行相位判别，将相位判别后的信号分解成角秒信号和角度信号输出，移相器转动方向由转向识别电路转换成与转动方向相对应的信号输出，输出信号接入计数电路或计算机，并显示在显示屏上。角秒输出信号和角度输出信号即为移相器转子机械转角，这样采用单通道多极移相器就可代替双通道多极移相器的“粗机”和“精机”，并且角度测量精度可达到较理想的分辨率。
图1为本发明的角度测量原理框图；图2是两相励磁单通道多极移相器转角测量电气原理框图；图3是图2的时序图；图4是一相励磁单通道多极旋转变压器或移相器转角测量电气原理框图。图5是CPU处理方法的设计流程图。
下面结合附图给出本发明的实施例。
实施例1，参见图1、图2，以单通道两相励磁多极移相器作为传感器。时钟电路1输出信号分别馈给励磁端分频电路2、角秒产生端分频电路18和鉴相端分频电路19。励磁端分频电路2的输出信号馈给励磁电路21，励磁电路21包括分相电路3和双相驱动电路4与驱动电路5，分相电路3产生两相正弦和余弦信号分别馈给双相驱动电路4与驱动电路5，激励单通道两相励磁多极移相器的输入绕组L11和L12。在移相器的输出绕组L13中感应出随转子转角变换的相移信号馈给输出绕组信号处理电路23，处理电路23包括隔离电路6，滤波放大电路7和整形电路8，隔离电路6的输出信号馈给滤波放大电路7，滤波放大后的信号经过整形电路8转换为方波信号S1馈给鉴相电路9的一个输入端。有关信号时序图参见图3，鉴相电路9的另一个输入端接收鉴相端分频电路19的输出信号S2。信号S1和S2是同频率不同相位的信号，信号S2为基准相位信号，信号S1和S2经过鉴相电路9以后分别馈给角秒产生电路25和角度产生电路26，角秒产生电路25包括分频电路10、门电路11、计数电路12和清零电路13，分频电路10将信号S3的周期展宽为S4分别馈给门电路11和清零电路13，门电路11另一输入端接收角秒产生端分频电路18的输出信号S5。在信号S4为高电平期间，门电路11接收信号S5的触发；在信号S4为低电平期间，门电路11关闭不接收信号S5的触发。变脉宽信号S4的高电平脉宽对应转子在一个电气周期内的转动的机械角度θ的位置，因此，在信号S4为高电平期，门电路11输出的脉冲信号S6就是转子的转角θ。信号S6输出有两种方式，一种是馈给计数电路12进行计数，另一种是馈给CPU的端口C0，该端口C0为配合CPU使用的可编程定时计数器。清零电路13为单稳态电路，单稳态电路13接收信号S4的触发，在信号S4的每一个下降沿产生一个触发信号S7输出，信号S7馈给计数电路12或馈给CPU的端口G0使计数器清零。计数电路12或CPU的端口C0相当于旋转变压器的“精机”计数器。
鉴相电路9的输出信号S3另一路馈给角度产生电路26，角度产生电路26包括滤波电路14、比较电路15和可逆计数器电路16，低通滤波电路14将信号S3中的高频成分滤除后将低频脉动信号馈给比较电路15，比较电路15的输出信号S8馈给可逆计数器电路16或CPU的端口C1，CPU的端口C1为配合CPU使用的可编程定时计数器，可逆计数器电路16和定时计数器C1相当于双通道旋转变压器中的“粗机”信号。
转角转动方向识别电路27包括转动方向识别电路17和可逆计数器电路16，转动方向识别电路17接收传感器信号经处理后的信号S1和鉴相端分频电路19输出信号S2，如上所述这是一对同频率不同相位的信号，信号S2为基准相位信号，根据信号S1和信号S2的不同相位，识别电路17可以输出转角为正向转动信号S9或转角为反向转动信号S10，信号S9和信号S10分别馈给可逆计数器电路16或CPU的输入端口P1.0和P1.1。当信号S9为高电平可逆计数器电路16作加计数，或CPU接收到P1.0为高电平时输出指令控制C1作加计数。当信号S10为高电平时可逆计数器电路16作减计数，或CPU接收到P1.1为高电平时输出指令控制C1作减计数。可逆计数器电路16或定时计数器C1相当于双通道旋转变压器的“粗机”计数器。因此转子机械转角绝对值等于“粗机”计数器中的累加值加上“精机”计数器中的累加值。
单通道多极移相器的转角测量精度由于采用电子电路信号处理技术，将鉴相电路输出的信号分解成角秒信号和角度信号输出，大大提高了测量精度。在分辨为1秒，移相器极对数为36，定转子的重复数为4的条件下，转子转动2.5°的角度内产生9000个触发信号产生。
参见图5，图2中以单通道两相励磁多极移相器作为传感器，其输出信号S6、S7、S8、S9、S10接CPU，对应CPU的端口为C0、G0、C1、P1.0、P1.1。CPU处理方法的设计流程图为a．初始化；b．读计数器C0，存计数器C0到内存R0；c．读计数器C0，判别计数器C0=R0，是，重复c，否，进行下一步；该步对转子机械转角的转动进行判断。d．读转向端口P1.0，判别P1.0=1，是，进行下一步，否，进行f；e．读转向端口P1.1，判别P1.1=1，是，转到d，否，置加标志位；f．读转向端口P1.1，判别P1.1=1，是，置减标志位；否，转到d；e．、f．确定转子转角的转向。g．读计数器C0，存计数器C0到内存R1；转子转角转化为“精机”信号。h．读计数器C1，存计数器C1到内存R2；转子转角转化为“粗机”信号。i．调角度换算程序；j．调显示程序；一个周期完成后再转到b。这样，CPU将读入的计数值进行处理转换为与转子转动的机械角度对应的“度”、“分”、“秒”数值，在显示器上输出。
实施例2，参见图4，以单通道一相励磁多极旋转变压器作为传感器。单通道一相励磁多极移相器与单通道一相励磁多极旋转变压器的原理相同，这里省略。单通道一相励磁多极旋转变压器转角测量电气原理框图与单通道双相励磁多极移相器转角测量电气原理框图大部分是相同的，其不同点在于下列二处一是励磁电路22，一相励磁多极旋转变压器的励磁电路包括单相驱动电路30，励磁端分频电路2串接单相驱动电路30，激励输入绕组L21。二是输出绕组L22、L23的信号处理电路23，一相励磁多极旋转变压器的输出绕组信号处理电路23包括两相信号合成电路31、前置放大电路32、隔离电路6、滤波放大电路7和整形电路8，旋转变压器输出正弦和余弦信号输入给两相信号合成电路31，合成电路31输出信号馈给前置放大电路32，前置放大电路32输出信号馈给隔离电路6，隔离电路6输出信号馈给滤波放大电路7，滤波放大电路7产生一个与励磁端分频电路2频率相同而相位不同的信号馈给整形电路8，整形电路8输出的方波信号S1馈给鉴相电路9。除上述二处不同处，其余电路的电气原理与两相励磁单通道多极移相器信号处理电路相同。
权利要求
1．一种单通道多极移相器转角测量方法，包括从多极移相器输入绕组接励磁电路，输出绕组的信号经处理电路后输出，其特征是在多极移相器的励磁电路(22)和信号处理电路接有时钟电路(21)输出信号，信号处理电路包括鉴相电路(9)、角秒产生电路(25)、角度产生电路(26)和转向识别电路(27)，鉴相电路(9)接收移相器输出绕组信号处理电路(23)的输出信号(S1)与时钟电路(21)分频后输出的基准相位信号(S2)进行相位判别，鉴相电路(9)输出信号分解成角秒信号输出和角度信号输出(S8)，其中角秒信号再分解成角秒输出(S6)和清零输出(S7)，转向识别电路(27)接收输出绕组输出信号(S1)与基准相位信号(S2)进行相位转换，转换成与转动方向相对应的输出信号(S9) 和(S10)，输出信号(S6、S7、S8、S9、S10)馈给计数电路或计算机(CPU)处理后在显示器上显示。
2．根据权利要求1所述的单通道多极移相器转角测量方法，其特征是所述计算机(CPU)处理方法包括以下步骤(a)初始化；(b)读计数器(C0)，存计数器(C0)到(R0)；(c)读计数器(C0)，判别计数器(C0)=(R0)，是，重复(c)，否，进行下一步；(d)读转向端口(P1.0)，判别(P1.0)=1，是，进行下一步，否，进行(f)；(e)读转向端口(P1.1)，判别(P1.1)=1，是，转到(d)，否，置加标志位；(f)读转向端口(P1.1)，判别(P1.1)=1，是，置减标志位；否，转到(d)；(g)读计数器(C0)，存计数器(C0)到(R1)；(h)读计数器(C1)，存计数器(C1)到(R2)；(i)调角度换算程序；(j)调显示程序；一个周期完成后再转到(b)。
3．一种实施权利要求1所述的单通道多极移相器转角测量方法的装置，其特征是时针电路(21)输出分别接多极移相器输入绕组的励磁电路(22)、鉴相电路(9)和角秒产生电路(25)，励磁电路信号(S2)与多极移相器输出绕组信号处理电路(23)输出信号(S1)接鉴相电路(9)，鉴相电路(9)输出信号(S3)并接角秒产生电路(25)和角度产生电路(26)，角秒产生电路(25)输出角秒信号(S6)和清零信号(S7)，角度产生电路(26)输出角度信号(S8)，励磁电路信号(S2)与输出绕组信号处理电路(23)输出信号(S1)接转动方向识别电路(27)，转动方向识别电路(27)输出转向信号(S9)和(S10)，输出信号(S6、S7、S8、S9、S10)接计数电路或CPU。
4．根据权利要求3所述的单通道多极移相器转角测量装置，其特征是所述的角秒产生电路(25)包括分频电路(10)、门电路(11)、计数电路(12)和清零电路(13)，分频电路(10)输出信号(S4)并接门电路(11)和清零电路(13)，清零电路(13)输出接计数电路(12)或接CPU的端口(G0)，分频电路(10)输出信号(S4)和时钟电路的角秒产生端分频电路(18)输出信号(S5)接门电路(11)，门电路(11)输出接计数电路(12)或接CPU的端口(C0)。
5．根据权利要求3所述的单通道多极移相器转角测量装置，其特征是所述的角度产生电路(26)包括滤波电路(14)、比较电路(15)和可逆计数器电路(16)，滤波电路(14)输出接比较电路(15)，比较电路(15)输出接可逆计数器电路(16)或CPU的端口(C1)。
6．根据权利要求3所述的单通道多极移相器转角测量装置，其特征是所述的转动方向识别电路(27)包括转动方向识别电路(17)和可逆计数器电路(16)，转动方向识别电路(17)输出接可逆计数器电路(16)或CPU的端口(P1.0)(P1.1)。
7．根据权利要求3所述的单通道多极移相器转角测量装置，其特征是所述的时钟电路(21)包括时钟电路(1)、励磁端分频电路(2)、角秒产生端分频电路(18)和鉴相端分频电路(19)，时钟电路(1)并接励磁端分频电路(2)、角秒产生端分频电路(18)和鉴相端分频电路(19)，角秒产生端分频电路(18)和鉴相端分频电路(19)输出信号分别为(S2)和(S5)。
8．根据权利要求3所述的单通道多极移相器转角测量装置，其特征是所述的励磁电路(22)包括单相驱动电路(30)，励磁端分频电路(2)串接单相驱动电路(30)。
9．根据权利要求8所述的单通道多极移相器转角测量方法的装置，其特征是所述的励磁电路(22)包括分相电路(3)、双相驱动电路(4)和驱动电路(5)，励磁端分频电路(2)串接分相电路(3)，分相电路(3)并接双相驱动电路(4)和驱动电路(5)。
10．根据权利要求3所述的单通道多极移相器转角测量方法的装置，其特征是所述的输出绕组信号处理电路(23)包括隔离电路(6)、滤波放大电路(7)和整形电路(8)，隔离电路(6)串接滤波放大电路(7)，滤波放大电路(7)串接整形电路(8)。
11．根据权利要求10所述的单通道多极移相器转角测量方法的装置，其特征是所述的输出绕组信号处理电路(23)包括两相信号合成电路(31)、前置放大电路(32)、隔离电路(6)、滤波放大电路(7)和整形电路(8)，两相信号合成电路(31)串接前置放大电路(32)，前置放大电路(32)串接隔离电路(6)，隔离电路(6)串接滤波放大电路(7)，滤波放大电路(7)串接整形电路(8)。
全文摘要
本发明涉及多极旋转变压器、移相器、自整角机的转角测量方法和装置。多极移相器的励磁电路22和信号处理电路接入时针电路21,时钟电路信号S2与输出绕组信号处理电路23的输出信号S1并接鉴相电路9,其输出信号S3并接角秒产生电路25和角度产生电路26,转动方向识别电路27判断转角的转向,角秒和角度信号及转角的转向信号输出接计数电路或CPU的端口。采用单通道多极移相器可代替双通道多极移相器的“粗机”和“精机”,并且角度测量精度可达到较理想的分辨率。
文档编号G01B7/30GK1302998SQ00125880
公开日2001年7月11日 申请日期2000年10月27日 优先权日2000年10月27日
发明者唐安祥, 冯爱萍, 张立, 赵惟义, 吴建明, 梅华阳, 张洁, 朱杰, 曹仁惠, 冯俊 申请人:宝山钢铁股份有限公司