时栅轴角检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种角度检测系统，尤其涉及一种时栅轴角检测系统。

背景技术：

在工业控制中，对于旋转设备的旋转角度进行检测并完成对旋转设备的控制极为重要，现有技术中，对于旋转设备的轴角检测存在如下缺陷：首先，现有的轴角检测设备普遍存在检测精度差的问题，从而为最终的系统控制不准确，影响生产；其次，轴角检测设备存在稳定性、可靠性差，从而影响旋转设备的控制。

因此，需要提出一种新的轴角检测设备，能够有效提高检测精度，而且能够有效提高可靠性和稳定性，从而准确控制被控设备，利于工业生产。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种时栅轴角检测系统，能够有效提高检测精度，而且能够有效提高可靠性和稳定性，从而准确控制被控设备，利于工业生产。

本实用新型提供的一种时栅轴角检测系统，包括时栅轴角旋转变压器、控制单元、激励信号发生单元、感应信号输入单元以及输出单元；

所述控制单元与激励信号发生单元连接，所述激励信号发生单元的输出端与时栅轴角旋转变压器的激励线圈连接，所述感应信号输入单元的输入端与时栅轴角旋转变压器的感应线圈连接，感应信号输入单元的输出端与控制单元连接，所述控制单元与输出单元连接。

进一步，所述激励信号发生单元包括信号发生器、DAC转换电路以及功率放大电路，所述信号发生器包括四个信号输出口和一个基准信号输出口，所述信号发生器的正弦信号输出口与DAC转换电路的输入端连接，所述DAC转换电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端与时栅轴角旋转变压器的激励线圈连接。

进一步，所述感应信号输入单元包括放大滤波电路和整形电路，所述放大滤波电路的输入端与时栅轴角旋转变压器的感应线圈连接，放大滤波电路的输出端与整形电路的输入端连接，整形电路的输出端与控制单元连接。

进一步，所述控制单元包括时钟锁相环电路、角度值转换电路以及相位检测电路，所述相位检测电路的输入端分别于信号发生器的基准信号输出口和整形电路的输出端连接，所述相位检测电路还与时钟锁相环电路连接，所述角度转换电路的输入端与相位检测电路的输出端连接，所述角度转换电路的控制端与时钟锁相环电路连接，所述角度转换电路的输出端与输出单元连接。

进一步，所述输出单元包括并行转串行电路、SSI协议控制电路、SSI输出接口、RS422协议控制电路以及RS422输出接口；

所述并行转串行电路的输入端与角度转换电路输出端连接，所述并行转串行电路的输出端分别与SSI协议控制电路和RS422协议控制电路的输入端连接，所述SSI协议控制电路的输出端与SSI输出接口连接，RS422协议控制电路的输出端与RS422输出接口连接。

本实用新型的有益效果：本实用性的时栅轴角检测系统，能够有效提高检测系统的可靠性和稳定性，并且大大提高对于轴角的检测精度，从而利于工业控制，并且系统结构简单，成本低廉，并且利于集成化，小型化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的信号发生器输出的波形图。

图3为本实用新型的时栅轴角旋转变压器输出感应信号和整形后信号波形图。

图4为本实用新型的相位检测模块比相信号波形图。

图5为本实用新型的时栅轴角旋转变压器的结构示意图。

具体实施方式

图1为本实用新型的结构示意图，如图所示，本实用新型提供的一种时栅轴角检测系统，包括时栅轴角旋转变压器、控制单元、激励信号发生单元、感应信号输入单元以及输出单元；

所述控制单元与激励信号发生单元连接，所述激励信号发生单元的输出端与时栅轴角旋转变压器的激励线圈连接，所述感应信号输入单元的输入端与时栅轴角旋转变压器的感应线圈连接，感应信号输入单元的输出端与控制单元连接，所述控制单元与输出单元连接，通过上述结构，能够有效提高检测系统的可靠性和稳定性，并且大大提高对于轴角的检测精度，从而利于工业控制，并且系统结构简单，成本低廉，并且利于集成化，小型化；其中，时栅轴角旋转变压器采用基于时栅原理的电场式传感器，包括定子和转子，其中，定子上设有激励线圈，转子上设置有感应线圈，其中感应线圈具有两组，单对极感应线圈以及多对极感应线圈，多对极感应线圈采用32对极感应圈。

其中，时栅轴角旋转变压器即时栅轴角位移传感器，所述增量式角位移传感器包括定子(1,1a)和转子(2,2a)，所述转子(2,2a)同轴设置于定子(1,1a)内，所述定子(1,1a)上绕制有两组激励绕组(3,3a)和一组感应绕组4，所述定子(1,1a)和转子(2,2a)间具有间隙；其中，两组激励绕组输入信号相位相差90°也就是说激励绕组一组为正弦激励绕组，另一组为余弦激励绕组，如图1所示，图1实际为本实用新型的轴向剖视示意图，定子1和转子2组成一个增量式时栅角位移传感器，定子1a和转子2a组成一个增量式时栅角位移传感器；

正弦激励绕组和余弦接绕组工作时输入相位相差90°且频率相同的激励信号，两个增量式时栅角位移传感器的感应绕组感应出两个电压信号，该两个电压信号之差包含了被检测的绝对角度位置信息；其中，所述定子(1,1a)设置有定子齿5，所述激励绕组(3,3a)和感应绕组4均设置于定子齿5，所述两个激励绕组(3,3a)为间隔反向串接结构，所述感应绕组4为逐齿反向串接结构，如图5所示，激励绕组在绕制过程中为跨两个齿的结构，如果从激励绕组从绕制的初始绕制的齿为1号齿，那么1号和2号齿为正向，3号和4号齿为反向，即为间隔反向；所述转子(2,2a)设置有转子齿6，相邻两个转子6齿之间形成转子槽7，所述定子齿5的齿宽和转子槽7的宽度相等，转子转过一个转子齿的齿距所用时间为感应绕组输出的感应信号的一个变化周期，在同一个增量式角位移传感器上：所述定子齿5和转子槽7的宽度相等，所述转子齿6和转子槽7的宽度相等。

本实施例中，所述激励信号发生单元包括信号发生器、DAC转换电路以及功率放大电路，所述信号发生器包括四个信号输出口和一个基准信号输出口，所述信号发生器的正弦信号输出口与DAC转换电路的输入端连接，所述DAC转换电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端与时栅轴角旋转变压器的激励线圈连接，信号发生器所产生的四个正弦信号为数字信号，并且每一路信号的相位相差90°，即sin、-sin、cos以及-cos信号，其中，图2中以A和-A表示sin和-sin信号，以B和-B表示cos和-cos信号，然后通过DAC转换电路将正弦数字信号转换为模拟正弦信号，经过功率放大电路的作用后输入到定子的激励线圈，通过这种结构，能够利于时栅轴角旋转变压器进行角度检测，稳定性高，其中，信号发生器所产生的基准信号为方波信号，其中，该方波信号与信号发生器所产生的相位为0°的正弦信号同频同相，其中信号发生器为基于DDS信号发生器。

本实施例中，所述感应信号输入单元包括放大滤波电路和整形电路，所述放大滤波电路的输入端与时栅轴角旋转变压器的感应线圈连接，放大滤波电路的输出端与整形电路的输入端连接，整形电路的输出端与控制单元连接，由于转子的感应线圈具有两组，因此，放大滤波电路和整形电路处理后，输出两路感应信号到控制单元，即单对极感应信号和多对极感应信号，整形电路用于将模拟信号转换数字信号，如图3所示，信号A与信号-A为时栅轴角旋转变压器中的单对级感应信号，经过放大滤波电路与整形电路，放大合成为一路时栅感应信号SQ1；以及：信号B与信号-B为时栅轴角旋转变压器中的单对级感应信号，经过放大滤波电路与整形电路，放大合成为一路时栅感应信号SQ2。

本实施例中，所述控制单元包括时钟锁相环电路、角度值转换电路以及相位检测电路，所述相位检测电路的输入端分别于信号发生器的基准信号输出口和整形电路的输出端连接，所述相位检测电路还与时钟锁相环电路连接，所述角度转换电路的输入端与相位检测电路的输出端连接，所述角度转换电路的控制端与时钟锁相环电路连接，所述角度转换电路的输出端与输出单元连接，其中，时钟锁相环电路用于提供倍频和锁定时钟相位的作用，有效提高整个系统的检测精度，其中，相位检测电路用于将两个感应信号进行处理，得出两个感应信号的相位差值并输出到角度转换电路中，相位检测电路可以采用现有的电路，比如AD8302芯片，所述角度转换电路用于根据两个感应信号的相位差、时钟频率与转子对极数的关系计算绝对角度值并输出，其中，角度转换电路可以采用现有芯片，比如ARM芯片，其中，相位检测电路处理过程中的比相信号波形图，信号发生器产生的基准脉冲信号为一个与激励信号sin同频同相位的方波信号square与单对级脉冲信号的比相信号为XF1、与多对级脉冲信号的比相信号为XF2，然后对信号XF1和信号XF2进行细分计数，得出相位差。

本实施例中，所述输出单元包括并行转串行电路、SSI协议控制电路、SSI输出接口、RS422协议控制电路以及RS422输出接口；

所述并行转串行电路的输入端与角度转换电路输出端连接，所述并行转串行电路的输出端分别与SSI协议控制电路和RS422协议控制电路的输入端连接，所述SSI协议控制电路的输出端与SSI输出接口连接，RS422协议控制电路的输出端与RS422输出接口连接，通过上述结构，能够将角度转换电路输出的角度值信号进行转换并输出到上位机等设备，便于角度值的输出，其中，并行转串行电路、SSI协议控制电路和RS422协议控制电路均采用现有的电路，在此不加以赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。