專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于傳感器測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn) 換方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出信號電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的角度傳感器，它主要 用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算和角度數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)參考繞組被一定頻率的交流電
壓勵磁時，正、余弦繞組的輸出電壓Vs、 Vc與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角e成正弦、余弦函
數(shù)關(guān)系，關(guān)系式如下
Vs = KEoSinonSin 9 Vc = KEoSin"tCos 9 其中，EoSincot為交流參考信號，K為常數(shù)。
旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角位移測量元件，具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能 力強(qiáng)，主要用于環(huán)境惡劣而精度要求高的場合，同其它角度傳感器相比，旋 轉(zhuǎn)變壓器用于角度測量具有明顯的優(yōu)勢。
1、從性能上看由于旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)部沒有任何電子元件，它的抗振性、 耐溫性、抗腐蝕性、抗灰塵及油污及抗干擾性等方面都具有很好的性能，能 適應(yīng)任何環(huán)境的使用要求，具有極高的可靠性。而光電式、光柵式、磁電式 傳感器內(nèi)部集成了很多電子元器件，容易受振動、溫度、腐蝕性氣體、灰塵及油污以及光源的壽命影響，其抗干擾性能也不如旋轉(zhuǎn)變壓器。
2、從使用上看用旋轉(zhuǎn)變壓器組成的軸角測量系統(tǒng)，具有工作范圍寬， 能夠直接傳遞360。圓周角的位移信息，而且在遠(yuǎn)距離傳輸信息時無需機(jī)械聯(lián)
系。安裝尺寸選擇空間大，可以從直徑20mm 200mm都有，并且外形尺寸 不受分辨率的影響；傳感器與數(shù)據(jù)處理部分之間連接方便，只需6條連線。
旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角測量元件，為自動控制系統(tǒng)提供高可靠、高精度的位 置、位移信息傳感。由于旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的是一種交流調(diào)制信號，在工業(yè)控 制中，常需要把旋轉(zhuǎn)變壓器信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字角度信號，再提供給計(jì)算機(jī)處理。 目前有專用的R/D轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換與角度解算功能，但成本較高，并 且只能完成單一通道、單一頻率的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換，當(dāng)需要同時完 成多個通道、多種頻率的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換時，采用這種方法將會使 整個測量系統(tǒng)的成本、體積隨著通道數(shù)與信號頻率種類的增加而增加，不利 于工業(yè)測量與控制領(lǐng)域的推廣使用，降低了產(chǎn)品的性價比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有方法的不足，提出一種體積小、 成本低、多通道、多頻率的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是 一種旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特點(diǎn)是，它同時對若干個通道的旋轉(zhuǎn) 變壓器信號進(jìn)行數(shù)字化處理，再通過DSP數(shù)字信號處理器解算的方法，把旋
轉(zhuǎn)變壓器輸出的正、余弦調(diào)制信號VS、 VC轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字角度信號；
它由信號調(diào)理電路、數(shù)字積分器、時鐘振蕩器和DSP數(shù)字信號處理器組
成；每個旋轉(zhuǎn)變壓器通道與一個信號調(diào)理電路聯(lián)接，每個信號調(diào)理電路包含
兩個A/D轉(zhuǎn)換器和一個過零檢測器，兩個A/D轉(zhuǎn)換器分別將一個旋轉(zhuǎn)變壓器 通道輸出的正、余弦調(diào)制信號Vs、 Vc轉(zhuǎn)換成串行的正、余弦數(shù)字信號SDs、 SDc，同時輸出一個串行移位時鐘SCLK;過零檢測器將該通道的交流參考信 號EoSincot轉(zhuǎn)換成同頻率的數(shù)字參考信號FCLK并輸出；
時鐘振蕩器產(chǎn)生一個主時鐘信號MCLK，提供給每個信號調(diào)理電路中的 A/D轉(zhuǎn)換器使用，控制A/D轉(zhuǎn)換器的時序和轉(zhuǎn)換后串行數(shù)據(jù)的輸出；
每個信號調(diào)理電路與一個數(shù)字積分器聯(lián)接，每個數(shù)字積分器由兩個移位 寄存器、兩個數(shù)字累加器、兩個鎖存器和一個地址譯碼器組成，兩個移位寄 存器在輸入的串行移位時鐘SCLK的控制下，分別將串行輸入的正、余弦數(shù) 字信號SDs、 SDc轉(zhuǎn)換成并行正、余弦數(shù)字信號PDs、 PDc，然后分別送入兩 個數(shù)字累加器，數(shù)字累加器在輸入的數(shù)字參考信號FCLK的控制下，將一個 周期內(nèi)的并行正、余弦數(shù)字信號PDs、 PDc進(jìn)行累加，累加結(jié)果在鎖存信號的 控制下送入鎖存器，即是正、余弦信號的電壓有效值Vsin、 Vcos;
DSP數(shù)字信號處理器通過數(shù)據(jù)/地址總線與數(shù)字積分器聯(lián)接，DSP數(shù)字信 號處理器通過地址總線送出地址信號，經(jīng)地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生片選信號， 分別使能各通道的鎖存器，然后通過數(shù)據(jù)總線讀取各通道鎖存器上的正、余 弦信號電壓有效值Vsin、 Vcos，再調(diào)用DSP數(shù)字信號處理器的反正切函數(shù)庫， 通過公式e=arctanVsin/Vcos,計(jì)算得到各通道的數(shù)字角度e。
在本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法中，旋轉(zhuǎn)變壓器通道個數(shù)可以為 若干個，優(yōu)選2-12個。每個通道的旋轉(zhuǎn)變壓器的頻率可以是相同的，也可以 是不同的，其頻率范圍優(yōu)選50-5000Hz。本發(fā)明轉(zhuǎn)換技術(shù)的電路總體功能是實(shí)現(xiàn)多通道、多頻率旋轉(zhuǎn)變壓器信號 到數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換，其工作原理是通過測量各通道正、余弦信號的電壓有效 值，進(jìn)而采用反正切函數(shù)的方法計(jì)算出數(shù)字角度，從而實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)變壓器信 號到數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換。它分為信號處理和角度解算兩部分，第一部分是用硬 件電路實(shí)現(xiàn)各通道正、余弦信號的電壓有效值的測量，每個通道的信號處理 電路都由一個信號調(diào)理電路和一個數(shù)字積分器組成，其中，每個信號調(diào)理電 路都在同一個時鐘振蕩器的控制下自動進(jìn)行信號采樣與模/數(shù)轉(zhuǎn)換，無需DSP 數(shù)字信號處理器軟件控制，保證了多通道信號電壓測量的獨(dú)立性和同步性，
轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在串行移位時鐘SCLK的控制下送入對應(yīng)的數(shù)字積分器，每個 數(shù)字積分器在各自通道的數(shù)字參考信號的控制下，自動將一個數(shù)字參考信號 周期內(nèi)的正、余弦數(shù)字信號累加，并將累加結(jié)果送入鎖存器，從而得到正、 余弦信號的電壓有效值，積分時間自動隨著數(shù)字參考信號的周期而改變，無 需DSP數(shù)字信號處理器軟件控制，因此可自動適應(yīng)多種頻率的旋轉(zhuǎn)變壓器信 號；第二部分是利用DSPDSP數(shù)字信號處理器軟件根據(jù)正、余弦信號的電壓 有效值解算出數(shù)字角度，DSP數(shù)字信號處理器在軟件的控制下，首先通過地 址總線送出地址信號，經(jīng)地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生片選信號，使能各通道的鎖 存器，然后通過數(shù)據(jù)總線讀取各通道鎖存器上的正、余弦信號的電壓有效值， 再調(diào)用反正切函數(shù)庫，通過公式e-arctan (Vsin/Vcos)，計(jì)算得到各通道的 數(shù)字角度e，由于DSP具有高速的并行數(shù)據(jù)處理能力，可同時進(jìn)行多個通道 的信號采集與計(jì)算，保證了多通道角度解算的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。
本發(fā)明轉(zhuǎn)換技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是測量信號的通道數(shù)多，信號頻率范圍寬， 由于采用軟件解算數(shù)字角度，降低了硬件成本，減小了體積，具有較高的性價比。


圖1是本發(fā)明技術(shù)的原理框圖。
圖2是信號調(diào)理電路框圖。 圖3為數(shù)字積分器電路框圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)方案，以便于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步地理解本發(fā)明，而不構(gòu)成對其權(quán)利的限制。
實(shí)施例l。參照圖l-3。 一種旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，它同時對若 干個通道的旋轉(zhuǎn)變壓器信號進(jìn)行數(shù)字化處理，再通過DSP數(shù)字信號處理器解 算的方法，把旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正、余弦調(diào)制信號Vs、 Vc轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字 角度信號；
它由信號調(diào)理電路、數(shù)字積分器、時鐘振蕩器和DSP數(shù)字信號處理器組
成；
每個旋轉(zhuǎn)變壓器通道與一個信號調(diào)理電路聯(lián)接，每個信號調(diào)理電路包含 兩個A/D轉(zhuǎn)換器和一個過零檢測器，兩個A/D轉(zhuǎn)換器分別將一個旋轉(zhuǎn)變壓器 通道輸出的正、余弦調(diào)制信號Vs、 Vc轉(zhuǎn)換成串行的正、余弦數(shù)字信號SDs、 SDc，同時輸出一個串行移位時鐘SCLK;過零檢測器將該通道的交流參考信 號EoSincot轉(zhuǎn)換成同頻率的數(shù)字參考信號FCLK并輸出；
時鐘振蕩器產(chǎn)生一個主時鐘信號MCLK，提供給每個信號調(diào)理電路中的 A/D轉(zhuǎn)換器使用，控制A/D轉(zhuǎn)換器的時序和轉(zhuǎn)換后串行數(shù)據(jù)的輸出；
每個信號調(diào)理電路與一個數(shù)字積分器聯(lián)接，每個數(shù)字積分器由兩個移位寄存器、兩個數(shù)字累加器、兩個鎖存器和一個地址譯碼器組成，兩個移位寄
存器在輸入的串行移位時鐘SCLK的控制下，分別將串行輸入的正、余弦數(shù) 字信號SDs、 SDc轉(zhuǎn)換成并行正、余弦數(shù)字信號PDs、 PDc，然后分別送入兩 個數(shù)字累加器，數(shù)字累加器在輸入的數(shù)字參考信號FCLK的控制下，將一個 周期內(nèi)的并行正、余弦數(shù)字信號PDs、 PDc進(jìn)行累加，累加結(jié)果在鎖存信號的 控制下送入鎖存器，即是正、余弦信號的電壓有效值Vsin、 Vcos;
DSP數(shù)字信號處理器通過數(shù)據(jù)/地址總線與數(shù)字積分器聯(lián)接，DSP數(shù)字信 號處理器通過地址總線送出地址信號，經(jīng)地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生片選信號， 分別使能各通道的鎖存器，然后通過數(shù)據(jù)總線讀取各通道鎖存器上的正、余 弦信號電壓有效值Vsin、 Vcos，再調(diào)用DSP數(shù)字信號處理器的反正切函數(shù)庫， 通過公式e=arctanVsin/Vcos，計(jì)算得到各通道的數(shù)字角度e。
實(shí)施例2。在實(shí)施例1所述的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法中，旋轉(zhuǎn)變 壓器通道個數(shù)為2個；所述的旋轉(zhuǎn)變壓器的頻率為50-5000Hz。
實(shí)施例3。在實(shí)施例1所述的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法中，旋轉(zhuǎn)變 壓器通道個數(shù)為12個；所述的旋轉(zhuǎn)變壓器的頻率為50-5000Hz。
實(shí)施例4。在實(shí)施例1所述的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法中，旋轉(zhuǎn)變 壓器通道個數(shù)為6個。
權(quán)利要求
1、一種旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，它同時對若干個通道的旋轉(zhuǎn)變壓器信號進(jìn)行數(shù)字化處理，再通過DSP數(shù)字信號處理器解算的方法，把旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正、余弦調(diào)制信號Vs、Vc轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字角度信號；它由信號調(diào)理電路、數(shù)字積分器、時鐘振蕩器和DSP數(shù)字信號處理器組成；每個旋轉(zhuǎn)變壓器通道與一個信號調(diào)理電路聯(lián)接，每個信號調(diào)理電路包含兩個A/D轉(zhuǎn)換器和一個過零檢測器，兩個A/D轉(zhuǎn)換器分別將一個旋轉(zhuǎn)變壓器通道輸出的正、余弦調(diào)制信號Vs、Vc轉(zhuǎn)換成串行的正、余弦數(shù)字信號SDs、SDc，同時輸出一個串行移位時鐘SCLK；過零檢測器將該通道的交流參考信號EoSinωt轉(zhuǎn)換成同頻率的數(shù)字參考信號FCLK并輸出；時鐘振蕩器產(chǎn)生一個主時鐘信號MCLK，提供給每個信號調(diào)理電路中的A/D轉(zhuǎn)換器使用，控制A/D轉(zhuǎn)換器的時序和轉(zhuǎn)換后串行數(shù)據(jù)的輸出；每個信號調(diào)理電路與一個數(shù)字積分器聯(lián)接，每個數(shù)字積分器由兩個移位寄存器、兩個數(shù)字累加器、兩個鎖存器和一個地址譯碼器組成，兩個移位寄存器在輸入的串行移位時鐘SCLK的控制下，分別將串行輸入的正、余弦數(shù)字信號SDs、SDc轉(zhuǎn)換成并行正、余弦數(shù)字信號PDs、PDc，然后分別送入兩個數(shù)字累加器，數(shù)字累加器在輸入的數(shù)字參考信號FCLK的控制下，將一個周期內(nèi)的并行正、余弦數(shù)字信號PDs、PDc進(jìn)行累加，累加結(jié)果在鎖存信號的控制下送入鎖存器，即是正、余弦信號的電壓有效值Vsin、Vcos；DSP數(shù)字信號處理器通過數(shù)據(jù)/地址總線與數(shù)字積分器聯(lián)接，DSP數(shù)字信號處理器通過地址總線送出地址信號，經(jīng)地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生片選信號，分別使能各通道的鎖存器，然后通過數(shù)據(jù)總線讀取各通道鎖存器上的正、余弦信號電壓有效值Vsin、Vcos，再調(diào)用DSP數(shù)字信號處理器的反正切函數(shù)庫，通過公式θ＝arctanVsin/Vcos，計(jì)算得到各通道的數(shù)字角度θ。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，旋 轉(zhuǎn)變壓器通道個數(shù)為2-12個。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 所述的旋轉(zhuǎn)變壓器的頻率為50-5000Hz。
全文摘要
本發(fā)明是一種旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，它同時對若干個通道的旋轉(zhuǎn)變壓器信號進(jìn)行數(shù)字化處理，再通過DSP數(shù)字信號處理器解算的方法，把旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正、余弦調(diào)制信號Vs、Vc轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字角度信號；它由信號調(diào)理電路、數(shù)字積分器、時鐘振蕩器和DSP數(shù)字信號處理器組成；每個旋轉(zhuǎn)變壓器通道與一個信號調(diào)理電路聯(lián)接，每個信號調(diào)理電路包含兩個A/D轉(zhuǎn)換器和一個過零檢測器；每個信號調(diào)理電路與一個數(shù)字積分器聯(lián)接，每個數(shù)字積分器由兩個移位寄存器、兩個數(shù)字累加器、兩個鎖存器和一個地址譯碼器組成。本發(fā)明轉(zhuǎn)換技術(shù)的測量信號通道數(shù)多，信號頻率范圍寬；采用軟件解算數(shù)字角度，降低了硬件成本，減小了體積，具有較高的性價比。
文檔編號G01D5/14GK101319915SQ20081002213
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者偉 夏, 寇志強(qiáng), 李云飛, 杜雪珍, 程蜀煒 申請人:連云港杰瑞電子有限公司