专利名称：一种基于感应同步器测量电机转角的电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测量电机转动角速度的装置，具体的说是涉及一种基于 感应同步器而实现对电机角速度进行测量的电路。
背景技术：
现有技术中对电机角度进行测量的装置，通常都是先进行转速测量，进而计算出 转动的角度。在这些装置中，常用的转速测量方法主要有M法即测频法和T法即测周期法。 但是这些现有方法又存在着以下问题从测量分辨率上看，T法测低速时分辨率较高，但随 着转速的增大，分辨率变差；M法则相反，高速时分辨率较高，而低速时分辨率变低。从测量 精度上看，T法测速的测量精度随着转速的增加而减小；M法的测速精度在高速时较高，而 在低速时变低。而且，M法和T法测速均不适用于转速变化较大的场合。
发明内容为了解决背景技术中提出的现有技术问题，本实用新型提供一种基于感应同步器 的测量电机转角的电路，该种基于感应同步器测量电机转角的电路能够适用于对各种转速 的测量，具有测量精度高、适用范围广的特点。本实用新型的技术方案是该种基于感应同步器测量电机转角的电路，包括正弦 波发生器、功率放大1单元、感应同步器、功率放大2单元、R/D转换器、光耦隔离单元、运算 放大器以及DSP微处理器，其特征在于所述正弦波发生器采用AD2S99芯片，所述功率放大 1单元采用TDA2030A芯片，所述感应同步器采用圆盘式感应同步器，所述功率放大2单元 采用INA128A芯片，所述R/D转换器采用AD2S90芯片，所述光耦隔离单元采用HCPU631芯 片，所述运算放大器采用LF353芯片，所述DSP微处理器采用TMS320F28335芯片；所述正弦 波发生器将产生的正弦波励磁信号经过所述功率放大1单元放大后输出给所述感应同步 器作为感应同步器定子的激磁信号，所述感应同步器转子上两个独立绕组输出的两路正弦 波信号经功率放大2单元放大后输出至所述R/D转换器的两个对应信号输入端，同时，所述 正弦波发生器发出的正弦波信号经过所述运算放大器放大后作为同步基准电压信号输出 至所述R/D转换器的基准电压端口，所述R/D转换器输出的两路信号经过所述光耦隔离单 元耦合后输入至所述DSP微处理器。实用新型具有如下有益效果由于采取上述方案，首先利用感应同步器来完成位 置检测，感应同步器不仅是一种高精度的角度测量元件，还可用于计算不同框架的相对转 速，其主要优点是不仅可以在较高的采样频率下工作，而且具有较高的测试精度和分辨率， 从而可以避免在信号处理过程中产生较大的偏差和噪声。同时，该测角元件还具有良好的 低温特性、较强的抗振动和抗干扰能力。其次，本方案中采用AD2S99芯片作为激磁电路 信号发生器，它是专为R/D转换器提供激磁信号的芯片。该芯片工作温度范围为-40°C到 +85°C，输出正弦波最大失真度为10%，通过SELl与SEL2引脚的不同电平选择可输出2KHz、 5KHzUOKHz和20KHz的正弦波，这不但能够方便实现与滤波电路的配合调整，还保证了这几个频段的精确度。它不仅为AD2S90提供同步基准电压信号，同时还给感应同步器提供高 品质的正弦波励磁信号，还具有信号相位补偿和信号丢失检测等优点。因为感应同步器的 Sin和Cos信号被输入到AD2S99作为反馈信号，AD2S99的SYNREF引脚将根据这两路信号 与激磁信号间的相位差输出一个补偿信号到AD2S90的REF引脚，从而对Sin和Cos信号做 出最大为士 10°的相位调整，所以省去了许多感应同步器测角电路中的移相部分，大大简 化了设计，减少了误差的引入。同时，由于AD2S90是对感应同步器的输出信号进行数字变 换的专用集成电路芯片，所以以AD2S90芯片为核心的感应同步器数字转换电路具有体积 小、结构简、可靠性高、易于调试和可输出多种信号模式等优点。另外，通过增量式编码输出 角度，可直接通过作为DSP处理器的TMS320F28335芯片的QEP接口测量角度，其最大跟踪 角速度500rps，可以满足一般系统的设计要求。综上所述，这种装置与现有技术中的测量电 机转角的电路相比，能够适用于对各种转速的测量，具有测量精度高、适用范围广的特点。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型中所述功率放大2单元的电气原理图。图3是本实用新型中所述功率放大1单元的电气原理图。图4是本实用新型中所述正弦波发生器、R/D转换器、光耦隔离单元以及运算放大 器连接后的电气原理图。图5是本实用新型中所采用的INA128A芯片封装形式原理图。图6是本实用新型中所采用的AD2S99芯片封装形式原理图。图7是本实用新型中所采用的AD2S90芯片封装形式原理图。图8是本实用新型中所采用的LF353芯片封装形式原理图。图9是本实用新型中所采用的HCPL2631芯片封装形式原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1所示，该种基于感应同步器测量电机转角的电路，包括正弦波发生器、功率 放大1单元、感应同步器、功率放大2单元、R/D转换器、光耦隔离单元、运算放大器以及DSP 微处理器。下面对各个组成部分分别做出详细说明感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。根据用 途，可将感应同步器分为直线式和圆盘式两种，分别用于测量线位移和角位移。在高精度数 字显示系统或数控闭环系统中，圆盘式感应同步器用以检测角位移信号，直线式用以检测 线位移。感应同步器已经广泛应用于高精度伺服转台、雷达天线、火炮和无线电望远镜的定 位跟踪、精密数控机床以及高精度位置检测系统中。其主要优点是精度高、行程大、性能可 靠，因此，对感应同步器的信号进行数字化变换是数显数控的一个关键环节。而目前国内的 转换电路多采用分立元件和非专用芯片.但这些芯片体积庞大、结构复杂、调试困难、可靠 性差，而且信号的输出格式很难与现有的数显数控装置配接。所以在本方案中，就需要解决 这些问题才能实现利用感应同步器精确地测得电机转动角速度。具体实施时，所述正弦波发生器采用AD2S99芯片，所述功率放大1单元采用TDA2030A芯片，所述感应同步器采用圆盘式感应同步器，所述功率放大2单元采用INA128A 芯片，所述R/D转换器采用AD2S90芯片，所述光耦隔离单元采用HCPU631芯片，所述运算 放大器采用LF353芯片，所述DSP微处理器采用TMS320F28335芯片；所述正弦波发生器将 产生的正弦波励磁信号E+经过所述功率放大1单元放大后输出给所述感应同步器作为感 应同步器定子的激磁信号4E1，所述感应同步器转子上两个独立绕组输出的两路正弦波信 号Cl和Sl经功率放大2单元放大后输出至所述R/D转换器的两个对应信号输入端COS端 和SIN端，同时，所述正弦波发生器发出的正弦波信号E+经过所述运算放大器放大后作为 同步基准电压信号输出至所述R/D转换器的基准电压端口 REF，所述R/D转换器输出的两路 信号A和B经过所述光耦隔离单元耦合后输入至所述DSP微处理器。采用上述方案是基于如下考虑正弦波发生器采用AD2S99芯片，产生20kHz的正 弦波作为激磁信号。它不仅为R/D转换器AD2S90提供同步基准电压信号，同时还给感应同 步器提供高品质的正弦波励磁信号。但是，感应同步器的阻抗很小，一般只有几十Ω，且其 感应信号比较小，需要较大的电流驱动，因此正弦激磁信号输入感应同步器之前还需要进 行功率放大，即功率放大1单元，采用TDA2030A芯片。由于感应同步器的输出较小，因此在 其输出信号在送入其他电路进行下一步处理之前应对其输出进行放大。在本方案中，感应 同步器输出放大电路采用的是INAU8通用仪表放大器芯片，该芯片的1脚和8脚之间接的 电阻决定其放大倍数，放大倍数计算公式，可以实现1 10000的任意增益选择。因为感 应同步器的信号微弱，约1 2mV，所以选择它的前置放大电路的=20，放大约2500倍。由 于正弦波发生器AD2S99产生的信号幅值较小，因此在送入AD2S90之前同样需要进行功率 放大，即利用运算放大器实现，运算放大器采用的芯片是LF353，其电路如图4所示。为了 提高本电路的抗干扰能力，减小模拟信号与数字信号之间的相互影响，采取了光耦隔离，其 中HCPU631芯片为双通道的光耦隔离芯片，其输出信号可直接送至DSP进行相关运算和处 理。图5 图10分别是本实用新型中所采用的各种芯片的封装形式原理图。运用本装置的具体工作过程如下将感应同步器安装于电机转动部位后，由正弦 波发生器AD2S99产生一个大约20kHz的正弦波信号E+，并经功率放大电路放大后作为感应 同步器定子的激磁信号4E1。随着转子的运动，转子上两个独立绕组输出的两路正弦波信号 将被转子位置对应的机械角度〃所调相和调幅。这两个信号和正弦波发生器的参考正弦 信号经运算放大器放大后，一起被送往接收有效值为2V、频率范围在3-20kHz的AD2S90的 SiruCos和REF端口。然后由AD2S90以鉴幅的方式将代表滑尺位置的角度θ转换成数字 信号输出，当AD2S90用作增量编码器输出方式时，它仿真一个IOM脉冲的增量编码器。若 以180对级的圆感应同步器为例，即电机每旋转360° /180=2°就产生IOM个脉冲，取两 路的跳变沿还可获得4096个脉冲。通过DSP微处理器的正交脉冲捕获单元对Al、Bl正交 脉冲进行上升下降沿的同时计数，即可换算出相应的角度值。
权利要求1. 一种基于感应同步器测量电机转角的电路，包括正弦波发生器、功率放大1单元、感 应同步器、功率放大2单元、R/D转换器、光耦隔离单元、运算放大器以及DSP微处理器，其特 征在于所述正弦波发生器采用AD2S99芯片，所述功率放大1单元采用TDA2030A芯片，所 述感应同步器采用圆盘式感应同步器，所述功率放大2单元采用INA128A芯片，所述R/D转 换器采用AD2S90芯片，所述光耦隔离单元采用HCPU631芯片，所述运算放大器采用LF353 芯片，所述DSP微处理器采用TMS320F28335芯片；所述正弦波发生器将产生的正弦波励磁 信号(E+)经过所述功率放大1单元放大后输出给所述感应同步器作为感应同步器定子的 激磁信号(4E1)，所述感应同步器转子上两个独立绕组输出的两路正弦波信号(Cl，Si)经 功率放大2单元放大后输出至所述R/D转换器的两个对应信号输入端(COS，SIN),同时，所 述正弦波发生器发出的正弦波信号(E+)经过所述运算放大器放大后作为同步基准电压信 号输出至所述R/D转换器的基准电压端口(REF)，所述R/D转换器输出的两路信号(A，B)经 过所述光耦隔离单元耦合后输入至所述DSP微处理器。
专利摘要一种基于感应同步器测量电机转角的电路。主要解决现有测量装置测量精度低、适用范围窄的问题。其特征在于正弦波发生器将产生的正弦波励磁信号(E+)经过功率放大1单元放大后输出给感应同步器作为感应同步器定子的激磁信号(4E1)，感应同步器转子上两个独立绕组输出的两路正弦波信号(C1，S1)经功率放大2单元放大后输出至R/D转换器的两个对应信号输入端(COS,SIN)，同时，正弦波发生器发出的正弦波信号(E+)经过运算放大器放大后作为同步基准电压信号输出至R/D转换器的基准电压端口(REF)，R/D转换器输出的两路信号(A,B)经过光耦隔离单元耦合后输入至DSP微处理器计算后得出电机转角。该种装置具有测量精度高、适用范围广的特点。
文档编号G01D5/244GK201917315SQ20112000489
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者刘斌, 刘铁良, 孙燚, 李卓 申请人:东北石油大学