专利名称：一种旋转变压器信号-数字转换方法
技术领域：
本发明是属于传感器测量技术领域，特别是一种旋转变压器信号-数字转 换方法。
背景技术：
旋转变压器是一种输出信号电压随转子转角变化的角度传感器，它主要 用于坐标变换、三角运算和角度数据传输。当参考绕组被一定频率的交流电
压励磁时，正、余弦绕组的输出电压Vs、 Vc与转子的转角e成正弦、余弦函
数关系，关系式如下
Vs = KEoSinonSin 9 Vc = KEoSin"tCos 9 其中，EoSincot为交流参考信号，K为常数。
旋转变压器作为轴角位移测量元件，具有精度高、结构简单，抗干扰能 力强，主要用于环境恶劣而精度要求高的场合，同其它角度传感器相比，旋 转变压器用于角度测量具有明显的优势。
1、从性能上看由于旋转变压器内部没有任何电子元件，它的抗振性、 耐温性、抗腐蚀性、抗灰尘及油污及抗干扰性等方面都具有很好的性能，能 适应任何环境的使用要求，具有极高的可靠性。而光电式、光栅式、磁电式 传感器内部集成了很多电子元器件，容易受振动、温度、腐蚀性气体、灰尘及油污以及光源的寿命影响，其抗干扰性能也不如旋转变压器。
2、从使用上看用旋转变压器组成的轴角测量系统，具有工作范围宽， 能够直接传递360。圆周角的位移信息，而且在远距离传输信息时无需机械联
系。安装尺寸选择空间大，可以从直径20mm 200mm都有，并且外形尺寸 不受分辨率的影响；传感器与数据处理部分之间连接方便，只需6条连线。
旋转变压器作为轴角测量元件，为自动控制系统提供高可靠、高精度的位 置、位移信息传感。由于旋转变压器输出的是一种交流调制信号，在工业控 制中，常需要把旋转变压器信号转换成数字角度信号，再提供给计算机处理。 目前有专用的R/D转换器可实现模/数转换与角度解算功能，但成本较高，并 且只能完成单一通道、单一频率的旋转变压器信号-数字转换，当需要同时完 成多个通道、多种频率的旋转变压器信号-数字转换时，采用这种方法将会使 整个测量系统的成本、体积随着通道数与信号频率种类的增加而增加，不利 于工业测量与控制领域的推广使用，降低了产品的性价比。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有方法的不足，提出一种体积小、 成本低、多通道、多频率的旋转变压器信号-数字转换方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是 一种旋转变压器信号-数字转换方法，其特点是，它同时对若干个通道的旋转 变压器信号进行数字化处理，再通过DSP数字信号处理器解算的方法，把旋
转变压器输出的正、余弦调制信号VS、 VC转换成二进制数字角度信号；
它由信号调理电路、数字积分器、时钟振荡器和DSP数字信号处理器组
成；每个旋转变压器通道与一个信号调理电路联接，每个信号调理电路包含
两个A/D转换器和一个过零检测器，两个A/D转换器分别将一个旋转变压器 通道输出的正、余弦调制信号Vs、 Vc转换成串行的正、余弦数字信号SDs、 SDc，同时输出一个串行移位时钟SCLK;过零检测器将该通道的交流参考信 号EoSincot转换成同频率的数字参考信号FCLK并输出；
时钟振荡器产生一个主时钟信号MCLK，提供给每个信号调理电路中的 A/D转换器使用，控制A/D转换器的时序和转换后串行数据的输出；
每个信号调理电路与一个数字积分器联接，每个数字积分器由两个移位 寄存器、两个数字累加器、两个锁存器和一个地址译码器组成，两个移位寄 存器在输入的串行移位时钟SCLK的控制下，分别将串行输入的正、余弦数 字信号SDs、 SDc转换成并行正、余弦数字信号PDs、 PDc，然后分别送入两 个数字累加器，数字累加器在输入的数字参考信号FCLK的控制下，将一个 周期内的并行正、余弦数字信号PDs、 PDc进行累加，累加结果在锁存信号的 控制下送入锁存器，即是正、余弦信号的电压有效值Vsin、 Vcos;
DSP数字信号处理器通过数据/地址总线与数字积分器联接，DSP数字信 号处理器通过地址总线送出地址信号，经地址译码器译码，产生片选信号， 分别使能各通道的锁存器，然后通过数据总线读取各通道锁存器上的正、余 弦信号电压有效值Vsin、 Vcos，再调用DSP数字信号处理器的反正切函数库， 通过公式e=arctanVsin/Vcos,计算得到各通道的数字角度e。
在本发明旋转变压器信号-数字转换方法中，旋转变压器通道个数可以为 若干个，优选2-12个。每个通道的旋转变压器的频率可以是相同的，也可以 是不同的，其频率范围优选50-5000Hz。本发明转换技术的电路总体功能是实现多通道、多频率旋转变压器信号 到数字角度的转换，其工作原理是通过测量各通道正、余弦信号的电压有效 值，进而采用反正切函数的方法计算出数字角度，从而实现了旋转变压器信 号到数字角度的转换。它分为信号处理和角度解算两部分，第一部分是用硬 件电路实现各通道正、余弦信号的电压有效值的测量，每个通道的信号处理 电路都由一个信号调理电路和一个数字积分器组成，其中，每个信号调理电 路都在同一个时钟振荡器的控制下自动进行信号采样与模/数转换，无需DSP 数字信号处理器软件控制，保证了多通道信号电压测量的独立性和同步性，
转换后的数据在串行移位时钟SCLK的控制下送入对应的数字积分器，每个 数字积分器在各自通道的数字参考信号的控制下，自动将一个数字参考信号 周期内的正、余弦数字信号累加，并将累加结果送入锁存器，从而得到正、 余弦信号的电压有效值，积分时间自动随着数字参考信号的周期而改变，无 需DSP数字信号处理器软件控制，因此可自动适应多种频率的旋转变压器信 号；第二部分是利用DSPDSP数字信号处理器软件根据正、余弦信号的电压 有效值解算出数字角度，DSP数字信号处理器在软件的控制下，首先通过地 址总线送出地址信号，经地址译码器译码，产生片选信号，使能各通道的锁 存器，然后通过数据总线读取各通道锁存器上的正、余弦信号的电压有效值， 再调用反正切函数库，通过公式e-arctan (Vsin/Vcos)，计算得到各通道的 数字角度e，由于DSP具有高速的并行数据处理能力，可同时进行多个通道 的信号采集与计算，保证了多通道角度解算的实时性和准确性。
本发明转换技术的主要优点是测量信号的通道数多，信号频率范围宽， 由于采用软件解算数字角度，降低了硬件成本，减小了体积，具有较高的性价比。
图1是本发明技术的原理框图。
图2是信号调理电路框图。 图3为数字积分器电路框图。
具体实施例方式
以下参照附图进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术 人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例l。参照图l-3。 一种旋转变压器信号-数字转换方法，它同时对若 干个通道的旋转变压器信号进行数字化处理，再通过DSP数字信号处理器解 算的方法，把旋转变压器输出的正、余弦调制信号Vs、 Vc转换成二进制数字 角度信号；
它由信号调理电路、数字积分器、时钟振荡器和DSP数字信号处理器组
成；
每个旋转变压器通道与一个信号调理电路联接，每个信号调理电路包含 两个A/D转换器和一个过零检测器，两个A/D转换器分别将一个旋转变压器 通道输出的正、余弦调制信号Vs、 Vc转换成串行的正、余弦数字信号SDs、 SDc，同时输出一个串行移位时钟SCLK;过零检测器将该通道的交流参考信 号EoSincot转换成同频率的数字参考信号FCLK并输出；
时钟振荡器产生一个主时钟信号MCLK，提供给每个信号调理电路中的 A/D转换器使用，控制A/D转换器的时序和转换后串行数据的输出；
每个信号调理电路与一个数字积分器联接，每个数字积分器由两个移位寄存器、两个数字累加器、两个锁存器和一个地址译码器组成，两个移位寄
存器在输入的串行移位时钟SCLK的控制下，分别将串行输入的正、余弦数 字信号SDs、 SDc转换成并行正、余弦数字信号PDs、 PDc，然后分别送入两 个数字累加器，数字累加器在输入的数字参考信号FCLK的控制下，将一个 周期内的并行正、余弦数字信号PDs、 PDc进行累加，累加结果在锁存信号的 控制下送入锁存器，即是正、余弦信号的电压有效值Vsin、 Vcos;
DSP数字信号处理器通过数据/地址总线与数字积分器联接，DSP数字信 号处理器通过地址总线送出地址信号，经地址译码器译码，产生片选信号， 分别使能各通道的锁存器，然后通过数据总线读取各通道锁存器上的正、余 弦信号电压有效值Vsin、 Vcos，再调用DSP数字信号处理器的反正切函数库， 通过公式e=arctanVsin/Vcos，计算得到各通道的数字角度e。
实施例2。在实施例1所述的旋转变压器信号-数字转换方法中，旋转变 压器通道个数为2个；所述的旋转变压器的频率为50-5000Hz。
实施例3。在实施例1所述的旋转变压器信号-数字转换方法中，旋转变 压器通道个数为12个；所述的旋转变压器的频率为50-5000Hz。
实施例4。在实施例1所述的旋转变压器信号-数字转换方法中，旋转变 压器通道个数为6个。
权利要求
1、一种旋转变压器信号-数字转换方法，其特征在于，它同时对若干个通道的旋转变压器信号进行数字化处理，再通过DSP数字信号处理器解算的方法，把旋转变压器输出的正、余弦调制信号Vs、Vc转换成二进制数字角度信号；它由信号调理电路、数字积分器、时钟振荡器和DSP数字信号处理器组成；每个旋转变压器通道与一个信号调理电路联接，每个信号调理电路包含两个A/D转换器和一个过零检测器，两个A/D转换器分别将一个旋转变压器通道输出的正、余弦调制信号Vs、Vc转换成串行的正、余弦数字信号SDs、SDc，同时输出一个串行移位时钟SCLK；过零检测器将该通道的交流参考信号EoSinωt转换成同频率的数字参考信号FCLK并输出；时钟振荡器产生一个主时钟信号MCLK，提供给每个信号调理电路中的A/D转换器使用，控制A/D转换器的时序和转换后串行数据的输出；每个信号调理电路与一个数字积分器联接，每个数字积分器由两个移位寄存器、两个数字累加器、两个锁存器和一个地址译码器组成，两个移位寄存器在输入的串行移位时钟SCLK的控制下，分别将串行输入的正、余弦数字信号SDs、SDc转换成并行正、余弦数字信号PDs、PDc，然后分别送入两个数字累加器，数字累加器在输入的数字参考信号FCLK的控制下，将一个周期内的并行正、余弦数字信号PDs、PDc进行累加，累加结果在锁存信号的控制下送入锁存器，即是正、余弦信号的电压有效值Vsin、Vcos；DSP数字信号处理器通过数据/地址总线与数字积分器联接，DSP数字信号处理器通过地址总线送出地址信号，经地址译码器译码，产生片选信号，分别使能各通道的锁存器，然后通过数据总线读取各通道锁存器上的正、余弦信号电压有效值Vsin、Vcos，再调用DSP数字信号处理器的反正切函数库，通过公式θ＝arctanVsin/Vcos，计算得到各通道的数字角度θ。
2、 根据权利要求1所述的旋转变压器信号-数字转换方法，其特征在于，旋 转变压器通道个数为2-12个。
3、 根据权利要求l或2所述的旋转变压器信号-数字转换方法，其特征在于， 所述的旋转变压器的频率为50-5000Hz。
全文摘要
本发明是一种旋转变压器信号-数字转换方法，其特征在于，它同时对若干个通道的旋转变压器信号进行数字化处理，再通过DSP数字信号处理器解算的方法，把旋转变压器输出的正、余弦调制信号Vs、Vc转换成二进制数字角度信号；它由信号调理电路、数字积分器、时钟振荡器和DSP数字信号处理器组成；每个旋转变压器通道与一个信号调理电路联接，每个信号调理电路包含两个A/D转换器和一个过零检测器；每个信号调理电路与一个数字积分器联接，每个数字积分器由两个移位寄存器、两个数字累加器、两个锁存器和一个地址译码器组成。本发明转换技术的测量信号通道数多，信号频率范围宽；采用软件解算数字角度，降低了硬件成本，减小了体积，具有较高的性价比。
文档编号G01D5/14GK101319915SQ20081002213
公开日2008年12月10日 申请日期2008年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者伟 夏, 寇志强, 李云飞, 杜雪珍, 程蜀炜 申请人:连云港杰瑞电子有限公司