本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種基于頻壓變換的超速檢測裝置。

背景技術：

轉臺作為半實物仿真試驗中的關鍵設備，其保護措施關系到轉臺自身以及被測設備的安全運行； 隨著數(shù)字技術的發(fā)展，控制回路逐漸完全數(shù)字化，以前作為速度反饋的測速機信號也逐漸被由位置信號計算形成的數(shù)字速度信號所取代，由此帶來的一個問題就是超速保護措施中必需的超速檢測部件的獨立性受到影響，一旦形成速度信號的計算機出現(xiàn)死機現(xiàn)象，超速保護措施就會失效； 由于控制系統(tǒng)調試過程中很難完全避免失控超速現(xiàn)象的發(fā)生，對于有限轉角的被控軸，獨立于控制計算機的超速檢測措施是有非常必要的；該超速檢測保護方案是針對角位置信號由角編碼器測量，無測速機反饋時的控制系統(tǒng)設計的。

VFC320是美國BURR-BROWN公司生產(chǎn)的精密單片壓頻轉換器件，既可作電壓-頻率轉換，也可作頻率-電壓轉換。動態(tài)范圍大，最大工作頻可達1MHz，通過很少幾個外部元件就可調節(jié)滿度輸出和靈敏度。變換精度高，線性度好，10kHz滿度范圍時的非線性失真小于±0.005%，100kHz時小于±0.03%，1MHz時小于±0.1%。工作溫度范圍可達-55°C到±125°C，最大溫度漂移為每度0.005%滿度頻率。雙電源供電，典型值為±15V，可在±13V和±20V之間變化。輸出脈沖幅度可根據(jù)需要進行調節(jié)，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)超速檢測部件的獨立性的問題，設計了一種基于頻壓變換的超速檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

基于頻壓變換的超速檢測裝置包括頻率調整模塊、頻壓變換模塊、電壓比較模塊以及輸出鎖存模塊。將轉臺運行最大速度時的位置傳感器的信號經(jīng)頻率調整模塊處理為100K的信號后， 接入頻壓變換模塊，經(jīng)變換輸出與頻率成正比的電壓值，將此電壓與設定速度的電壓信號比較。如果超過設定電壓值，則將狀態(tài)鎖存，等待上位機的處理。同時該故障信號可通過復位信號清除。電壓比較器采用了四通道電壓比較芯片LM339，速度的設定通過帶刻度的可調電位器完成，刻度0-100%對應0-10V的電壓給定。準確的刻度可以通過電壓表或示波器進行標定。

所述的頻壓變換模塊采用壓頻/頻壓變換芯片VFC320，芯片內(nèi)部主要包括了一個輸入運算放大器，兩個比較器和一個觸發(fā)器，兩個可控1mA恒流源以及一個集電極開極輸出單元。

所述的頻率調整模塊由altera公司可編程邏輯器件EPM7128完成，頻率調整模塊的原理也就是一個分頻計數(shù)器。當原始信號為1M 時,即必要輸出的100K 信號多10倍,則分頻系數(shù)為10,使用循環(huán)程序處理，信號上升沿觸發(fā)計數(shù)器，當計數(shù)器值等于4時,計數(shù)器清零，同時輸出信號高電平,重復計數(shù)下一個，同時當計數(shù)器值等于4時，計數(shù)器清零。輸出信號低電平。由此實現(xiàn)了占空比為50%的10分頻計數(shù)器。

所述的故障鎖存及故障復位模塊的電壓比較器采用了四通道電壓比較芯片LM339，電壓比較產(chǎn)生的信號是瞬時的， 所以處理電路使用了d觸發(fā)器，并將d觸發(fā)器的輸入端與高電平相連，當超速后，利用LM339瞬時值上升沿觸發(fā)后，d觸發(fā)器輸出端即由低為高。d觸發(fā)器輸出端信號即為故障鎖存。復位即將d觸發(fā)器的清零端置低， 將d觸發(fā)器輸出端置低，將故障信號清除。

本發(fā)明的有益效果是：

獨立超速檢測方案為超速保護提供了一路獨立于控制計算機的監(jiān)測信號， 為沒有測速機反饋的控制系統(tǒng)保護方案提供了一種新的途徑， 提高了轉臺系統(tǒng)運行的安全性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是超速檢測方案原理框圖。

圖2是壓縮轉換功能框圖。

圖3是頻壓變換電路原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，基于頻壓變換的超速檢測裝置包括頻率調整模塊、頻壓變換模塊、電壓比較模塊以及輸出鎖存模塊。將轉臺運行最大速度時的位置傳感器的信號經(jīng)頻率調整模塊處理為100K的信號后， 接入頻壓變換模塊，經(jīng)變換輸出與頻率成正比的電壓值，將此電壓與設定速度的電壓信號比較。如果超過設定電壓值，則將狀態(tài)鎖存，等待上位機的處理。同時該故障信號可通過復位信號清除。電壓比較器采用了四通道電壓比較芯片LM339，速度的設定通過帶刻度的可調電位器完成，刻度0-100%對應0-10V的電壓給定。準確的刻度可以通過電壓表或示波器進行標定。

如圖2所示，VFC320芯片內(nèi)部主要包括了一個輸入運算放大器，兩個比較器和一個觸發(fā)器，兩個可控1mA恒流源以及一集電極開極輸出單元。輸入運算放大器的主要作用是和外圍的電阻R1和電容C2構成一積分器,生成鋸齒波函數(shù)。鋸齒波的下降部分由輸入電壓決定,上升部分則由輸入電壓和內(nèi)部電流源IA共同決定。工作過程簡述如下：當有一正電壓通過電阻R1加在電壓輸入端（Vin管腳）時，流過此電阻的電流對電容C2充電，Vout管腳處的電壓開始勻速下降,下降速率為：dV/dt=Vin /R1C2，直至Vout降至電壓為0；在此下降過程中，恒流源IA是被斷開的，因此該段時間的長度只取決于輸入電壓和積分時間常數(shù)。當Vout處的電壓降至0時，比較器A動作，并置位觸發(fā)器，使之輸出為高，同時接通恒流源IA和IB；此后，由于恒流源IA使電容C2放電，Vout處的電壓開始升高，恒流源IB使電容C1反向充電，Vc1處的電壓開始降低，直至Vc1處的電壓降至-7.5V參考電壓，此時由于比較器B的正輸入端電壓為-7.5V 參考電壓， 比較器B動作，復位觸發(fā)器，使之輸出為低，同時斷開恒流源IA和IB與輸入積分電路和電容C1的連接；Vout處的電壓又開始降低，從而開始一個新的周期。如此周而復始，就完成了電壓量到頻率量的轉換過程。從最終效果上看，可以把兩個比較器和一個觸發(fā)器構成的電路看作單脈沖生成電路， 其脈沖寬度取決于參考電壓、1mA電流和外部電阻C1。

如圖3所示，為敘述方便，假設已知條件如下：輸入信號為TTL邏輯，占空比50%，頻率最高為100kHz的方波信號，要求對應最高頻率時的輸出電壓為10V，VFC320的供電電壓為±15 V。TTL邏輯電平的編碼脈沖信號fm需要經(jīng)過耦合電容C3微分并偏置+2.5V后連接到芯片的頻率輸入端， 觸發(fā)轉換的基本條件是負脈沖的下降沿需要過零從而使比較器A動作。下面對電路中的元件作用及參數(shù)計算進行說明：偏置電阻R5，R7及耦合電容C3： 主要作用是提供偏置電壓及波形變換，芯片頻率輸入端的電壓波形如圖中所示，選擇電容C3，使得t近似等于0.1T，電阻R5、R7可分別選擇12kΩ和2.2kΩ以保證偏置電壓為+2.5V。電阻R1、R3及電容C2:電阻R1+R3的選擇主要根據(jù)需要輸出的最高電壓及輸入信號的占空比，R1+R3=VOUT/DFS(kΩ)。若頻率最高時要求輸出電壓為10V，且編碼脈沖信號的占空比為0.5， 則R1+R3=10/0.5=20kΩ。R3為可調電位器，便于補償電阻偏差。電容C2不直接影響頻壓變換系數(shù)，但考慮到輸入運放的飽和、后續(xù)比較器允許的噪聲水平以及積分翻轉速率的限制等條件。